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朱熹對天文現象的思考很早就已開始。據朱熹門人黃義剛“癸丑(1193年,朱熹63歲)以后所聞”和林蘷孫“丁巳(1197年,朱熹67歲)以后所聞”,朱熹曾回憶說:“某自五、六歲,便煩惱道:‘天地四邊之外,是什么物事?’見人說四方無邊,某思量也須有個盡處。如這壁相似,壁后也須有什么物事。其時思量得幾乎成病。到而今也未知那壁后是何物?”[ ]可見,朱熹從小就關心天文,直到晚年仍對此難以忘懷,并孜孜以求。
然而,朱熹在其早期的學術生涯中,并沒有進行天文學的研究。朱熹早年除讀儒家經典外,“無所不學,禪、道文章,楚辭、詩、兵法,事事要學”[ ]。紹興三十年(1160年,朱熹30歲),朱熹正式拜二程的三傳弟子李侗為師,開始潛心于儒學,并接受李侗以“默坐澄心”于“分殊”上體認“理一”的思想。
據《朱文公文集》以及當今學者陳來先生所著《朱子書信編年考證》[ ],朱熹最早論及天文學當在乾道七年(1171年,朱熹41歲)的《答林擇之》,其中寫道:“竹尺一枚,煩以夏至日依古法立表以測其日中之景,細度其長短?!盵 ]
測量日影的長度是古代重要的天文觀測活動之一。最簡單的方法是在地上直立一根長八尺的表竿,通過測量日影的長短來確定節氣;其中日影最短時為夏至,最長時為冬至,又都稱為“日至”。與此同時,這種方法還用于確定“地中”?!吨芏Y地官》載:“以土圭之法測土深,正日景以求地中?!罩林?,尺有五寸,謂之地中?!币馑际?,在夏至日中午測得日影為一尺五寸的地方,此地便是“地中”。而且,從“地中”向北,每一千里則影長增一寸;向南,每一千里則影長減一寸。這就是《周髀算經》所謂“周髀長八尺,勾之損益寸千里”。這一說法到南朝以后受到懷疑;唐朝的一行和南宮說通過不同地區日影的測量,進一步予以糾正。朱熹要其弟子林擇之協助測量日影,顯然是要比較不同地區日影的長短,其科學精神可見一斑。
在同年的《答蔡季通》中。朱熹寫道:“歷法恐亦只可略說大概規模,蓋欲其詳,即須仰觀俯察乃可驗。今無其器,殆亦難盡究也。”[ ]
蔡季通,即蔡元定(1135~1198年);建陽(今屬福建)人,學者稱西山先生;精于天文、地理、呂律、象數,著作有《律呂新書》、《大衍詳說》等;為朱熹“四大弟子( 蔡元定、黃干、劉爚、陳淳)”之首。蔡元定的年齡僅比朱熹小5歲,并在天文學等科學上有所造詣,很受朱熹的器重。從以上所引《答蔡季通》可知,當時朱熹正與蔡元定討論天文歷法,并且認為,研究歷法必須用科學儀器進行實際的天文觀測。
淳熙元年(1174年,朱熹44歲),朱熹在《答呂子約》中寫道:“日月之說,沈存中筆談中說得好,日食時亦非光散,但為物掩耳。若論其實,須以終古不易者為體,但其光氣常新耳?!盵 ]顯然,朱熹在此前已研讀過北宋著名科學家沈括的《夢溪筆談》,并對沈括的有關天文學的觀點進行分析。胡道靜先生認為,在整個宋代,朱熹是最最重視沈括著作的科學價值的唯一的學者,是宋代學者中最熟悉《夢溪筆談》內容并能對其科學觀點有所闡發的人。[ ]
淳熙十三年(1186年,朱熹56歲),朱熹在《答蔡季通》中寫道:“《星經》紫垣固所當先,太微、天市乃在二十八宿之中,若列于前,不知如何指其所在?恐當云在紫垣之旁某星至某星之外,起某宿幾度,盡某宿幾度。又記其帝坐處須云在某宿幾度,距紫垣幾度,赤道幾度,距垣四面各幾度,與垣外某星相直,及記其昏見,及昏旦夜半當中之星。其垣四面之星,亦須注與垣外某星相直,乃可易曉。……《星經》可付三哥畢其事否?甚愿早見之也。近校得《步天歌》頗不錯,其說雖淺而詞甚俚,然亦初學之階梯也。”[ ]可見,當時朱熹正與蔡元定一起研究重要的天文學經典著作《星經》和以詩歌形式寫成的通俗天文學著作《步天歌》,并就如何確定天空中恒星的位置問題進行討論,其中涉及三垣二十八宿星象體系。
同年,朱熹在《答蔡伯靜》中寫道:“天經之說,今日所論乃中其病,然亦未盡。彼論之失,正坐以天形為可低昂反復耳。不知天形一定,其間隨人所望固有少不同處,而其南北高下自有定位,政使人能入于彈圓之下以望之,南極雖高,而北極之在北方,只有更高于南極,決不至反入地下而移過南方也。但入彈圓下者自不看見耳。蓋圖雖古所創,然終不似天體,孰若一大圓象,鉆穴為星,而虛其當隱之規,以為甕口,乃設短軸于北極之外,以綴而運之,又設短軸于南極之北,以承甕口,遂自甕口設四柱,小梯以入其中,而于梯末架空北入,以為地平,使可仰窺而不失渾體耶?”[ ]在這里,朱熹設想了一種可進入其中觀看天象的龐大的渾天儀。
淳熙十四年(1187年,朱熹57歲),朱熹在《答廖子晦》中寫道:“日之南北雖不同,然皆隨黃道而行耳。月道雖不同,然亦常隨黃道而出其旁耳。其合朔時,日月同在一度;其望日,則日月極遠而相對;其上下弦,則日月近一而遠三。如日在午,則月或在卯,或在酉之類是也。故合朔之時,日月之東西雖同在一度,而月道之南北或差遠,于日則不蝕?;蚰媳彪m亦相近,而日在內,月在外,則不蝕。此正如一人秉燭,一人執扇,相交而過。一人自內觀之,其兩人相去差遠,則雖扇在內,燭在外,而扇不能掩燭?;虮鼱T者在內,而執扇在外,則雖近而扇亦不能掩燭。以此推之,大略可見?!盵 ]在這里,朱熹對月亮盈虧變化的原因作了探討。
淳熙十六年(1189年,朱熹59歲),朱熹在《答蔡季通》中寫道:“極星出地之度,趙君云福州只廿四度,不知何故自福州至此已差四度,而自此至岳臺,卻只差八度也。子半之說尤可疑,豈非天旋地轉,閩浙卻是天地之中也耶?”[ ]在這里,朱熹試圖通過比較各地北極星的高度及其與地中岳臺的關系,以證明大地的運動。
朱熹在一生中最后的十年里,在天文學研究上下了較多的功夫,并取得了重要的科學成就。南宋黎靖德所編《朱子語類》卷一“理氣上太極天地上”和卷二“理氣下天地下”編入大量朱熹有關天文學的言論,其中大都是這一時期朱熹門人所記錄的。例如:《朱子語類》卷二朱熹門人陳淳“庚戌(1190年,朱熹60歲)、己未(1199年,朱熹69歲)所聞”:“天日月星皆是左旋,只有遲速。天行較急,一日一夜繞地一周三百六十五度四分度之一,而又進過一度。日行稍遲,一日一夜繞地恰一周,而於天為退一度。至一年,方與天相值在恰好處,是謂一年一周天。月行又遲,一日一夜繞地不能匝,而於天常退十三度十九分度之七。至二十九日半強,恰與天相值在恰好處,是謂一月一周天。月只是受日光。月質常圓,不曾缺,如圓毬,只有一面受日光。望日日在酉,月在卯,正相對,受光為盛。天積氣,上面勁,只中間空,為日月來往。地在天中,不甚大,四邊空?!盵 ]
《朱子語類》的其它卷中也有此類記錄。例如:《朱子語類》卷二十三黃義剛“癸丑(1193年,朱熹63歲)以后所聞”:安卿問北辰。曰:“北辰是那中間無星處,這些子不動,是天之樞紐。北辰無星……?!绷x剛問:“極星動不動?”曰:“極星也動。只是它近那辰后,雖動而不覺?!袢艘怨苋ジQ那極星,見其動來動去,只在管里面,不動出去。向來人說北極便是北辰,皆只說北極不動。至本朝人方去推得是北極只是北辰頭邊,而極星依舊動。又一說,那空無星處皆謂之辰……。”又曰:“天轉,也非東而西,也非循環磨轉,卻是側轉?!绷x剛言:“樓上渾儀可見?!痹唬骸笆??!薄衷唬骸澳蠘O在地下中處,南北極相對。天雖轉,極卻在中不動?!盵 ]
《朱文公文集》卷七十二朱熹所著《北辰辨》(大約寫成于1196年,朱熹66歲)以及卷六十五朱熹所注《尚書》之《堯典》、《舜典》(大約寫成于1198年,朱熹68歲)都包含有豐富的天文學觀點?!侗背奖妗肥侵祆鋵iT討論天球北極星座的論文;在所注的《堯典》中,朱熹討論了當時天文學的歲差、置閏法等概念;在所注《舜典》中討論了早期的渾天說、渾天儀的結構,并詳細記錄了當時的渾天儀結構。
這一時期朱熹所編《楚辭集注》(成書于1195年,朱熹65歲)之《天問》中也有一些注釋反映了他在天文學方面的研究和造詣。
二. 天文學的成就
就朱熹研究天文學的方法而言,其最根本的研究方法是[ ]:
其一,細心觀察各種天文現象。朱熹是重視親身觀察、善于觀察的人。他經常運用儀器觀察天文現象;并運用觀察所得驗證、反駁或提出各種見解。
其二,用“氣”、“陰陽”等抽象概念解釋天文現象。朱熹所采用的這一方法與中國古代科學家普遍采用的研究方法是一致的。
其三,運用推類獲取新知。朱熹經常運用“以類而推”的方法,用已知的東西、直觀的東西,對天文現象進行類推解釋。
其四,闡發前人的天文學研究成果。朱熹研讀過包括沈括《夢溪筆談》在內的大量科學論著,對前人的天文學觀點均予以評述,并提出自己的看法。
從現代科學的角度看,朱熹的天文學研究方法,固然有其不足之處,這主要是由于古代科學所處的階段而導致的。在古代科學的范疇中,朱熹的天文學研究方法應當屬于合理。更為重要的是,朱熹運用這些方法在天文學上取得了重要的成就。
朱熹在天文學方面的科學成就主要反映在他最后十年里有關的言論中。概括起來主要有三個方面:
第一,提出了以“氣”為起點的宇宙演化學說。朱熹曾經說:“天地初間只是陰陽之氣。這一個氣運行,磨來磨去,磨得急了便拶許多渣滓;里面無處出,便結成個地在中央。氣之清者便為天,為日月,為星辰,只在外,常周環運轉。地便只在中央不動。不是在下?!盵 ]這里描繪了一幅宇宙演化途徑的圖景。
在朱熹看來,宇宙的初始是由陰陽之氣構成的氣團。陰陽之氣的氣團作旋轉運動;由于內部相互磨擦發生分化;其中“清剛者為天,重濁者為地”[ ],重濁之氣聚合為“渣滓”,為地,清剛之氣則在地的周圍形成天和日月星辰。朱熹還明確說:“天地始初混沌未分時,想只有水火二者。水之滓腳便成地。今登高而望,群山皆為波浪之狀,便是水泛如此。只不知因什么時凝了。初間極軟,后來方凝得硬?!畼O濁便成地,火之極輕便成風霆雷電日星之屬?!盵 ]他根據直觀的經驗推斷認為,大地是在水的作用下通過沉積而形成的,日月星辰是由火而形成的。
將宇宙的初始看作是運動的氣,這一思想與近代天文學關于太陽系起源的星云說有某些相似之處。1755年,德國哲學家康德提出了太陽系起源的星云說;1796年,法國天文學家拉普拉斯也獨立地提出星云說。星云說認為,太陽系內的所有天體都是由同一團原始星云形成的。然而,在他們500多年之前,朱熹就提出了類似之說;盡管尚缺乏科學依據和定量的推算,但其通過思辯而獲得的結果則是超前的。
對此,英國科學史家梅森在其《自然科學史》一書中予以記述:“宋朝最出名的新儒家是朱熹。他認為,在太初,宇宙只是在運動中的一團渾沌的物質。這種運動是漩渦的運動,而由于這種運動,重濁物質與清剛物質就分離開來,重濁者趨向宇宙大旋渦的中心而成為地,清剛者則居于上而成為天?!盵 ]
第二,提出了地以“氣”懸空于宇宙之中的宇宙結構學說。朱熹贊同早期的渾天說,但作了重大的修改和發展。早期的渾天說認為:“天如雞子,地如雞中黃,孤居于天內,天大而地小。天表里有水,天地各乘氣而立,載水而行”[ ]但是,當天半繞地下時,日月星辰如何從水中通過?這是困擾古代天文學家的一大難題。朱熹不贊同地載水而浮的說法,他說:“天以氣而依地之形,地以形而附天之氣。天包乎地,地特天中之一物爾。天以氣而運乎外,故地搉在中間,隤然不動?!盵 ]這就是說,地以“氣”懸空在宇宙之中。
至于地如何以“氣”懸空在宇宙中央,朱熹說:“天運不息,晝夜輾轉,故地搉在中間。使天有一息之停,則地須陷下。惟天運轉之急,故凝結得許多渣滓在中間。”[ ]又說:“地則氣之渣滓,聚成形質者;但以其束于勁風旋轉之中,故得以兀然浮空,甚久而不墜耳?!盵 ]朱熹認為,宇宙中“氣”的旋轉使得地能夠懸空于宇宙中央。朱熹的解釋克服了以往天文學家關于宇宙結構學說的弱點,把傳統的渾天說發展到了一個新水平。[ ]
關于地之外的天,朱熹說:“天之形,……亦無形質?!祗w,而實非有體也。”[ ]“天無體,只二十八宿便是天體?!盵 ]又說:“星不是貼天。天是陰陽之氣在上面”;“天積氣,上面勁,只中間空,為日月來往。地在天中,不甚大,四邊空,”[ ]這顯然是吸取了傳統宣夜說所謂“天了無質,……日月眾星,自然浮生虛空之中,其行無止,皆須氣也”[ ]的思想。
第三,提出了天有九重和天體運行軌道的思想。朱熹認為,屈原《天問》的“圜則九重”就是指“九天”,指天有九重。事實上,在朱熹之前,關于“九天”的說法可見《呂氏春秋有始覽》:中央曰鈞天,東方曰蒼天,東北曰變天,北方曰玄天,西北曰幽天,西方曰顥天,西南曰朱天,南方曰炎天,東南曰陽天;后來的《淮南子天文訓》等也有類似的說法;直到北宋末年洪興祖撰《楚辭補注》,其中《天文章句》對“九天”的解釋是:東方皞天,東南方陽天,南方赤天,西南方朱天,西方成天,西北方幽天,北方玄天,東北方變天,中央鈞天。顯然,這些解釋都不包括天有九重的思想。
朱熹則明確地提出天有九重的觀點,并且還說“自地之外,氣之旋轉,益遠益大,益清益剛,究陽之數,而至于九,則極清極剛,而無復有涯矣”[ ];同時,朱熹贊同張載所謂“日月五星順天左旋”的說法。他進一步解釋說:“蓋天行甚健,一日一夜周三百六十五度四分度之一,又進過一度。日行速,健次于天,一日一夜周三百六十五度四分度之一,正恰好。比天進一度,則日為退一度。二日天進二度,則日為退二度。積至三百六十五日四分日之一,則天所進過之度,又恰周得本數;而日所退之度,亦恰退盡本數,遂與天會而成一年。月行遲,一日一夜三百六十五度四分度之一行不盡,比天為退了十三度有奇。進數為順天而左,退數為逆天而右。”[ ]《朱子語類》卷二朱熹的門人在闡釋所謂“天左旋,日月亦左旋”時說:“此亦易見。如以一大輪在外,一小輪載日月在內,大輪轉急,小輪轉慢。雖都是左轉,只有急有慢,便覺日月似右轉了。”朱熹贊同此說。[ ]
對此,英國著名科學史家李約瑟說:“這位哲學家曾談到‘大輪’和‘小輪’,也就是日、月的小‘軌道’以及行星和恒星的大‘軌道’。特別有趣的是,他已經認識到,‘逆行’不過是由于天體相對速度不同而產生的一種視現象?!盵 ]因此李約瑟認為,不能匆忙假定中國天文學家從未理解行星的運動軌道。
在天文學研究中,朱熹除了提出以上新見外,還對沈括有關天文學的觀點做過詳細的闡述。例如:沈括曾說:“月本無光,猶銀丸,日耀之乃光耳。光之初生,日在其傍,故光側,而所見才如鉤;日漸遠,則斜照,而光稍滿。如一彈丸,以粉涂其半,側視之,則粉處如鉤;對視之,則正圓?!盵 ]朱熹贊同此說,并接著說:“以此觀之則知月光常滿,但自人所立處視之,有偏有正,故見其光有盈有虧。”[ ]他還說:“月體常圓無闕,但常受日光為明。初三、四是日在下照,月在西邊明,人在這邊望,只見在弦光。十五、六則日在地下,其光由地四邊而射出,月被其光而明?!拢沤袢私匝杂嘘I,惟沈存中云無闕?!盵 ]
三. 對后世的影響
中國古代的天文學大致包括宇宙結構理論和歷法兩大主要部分,尤以歷法最為突出。宇宙結構理論自漢代形成蓋天說、渾天說和宣夜說之后,也經歷了不斷的發展,主要表現為占主導地位的渾天說不斷吸取各家學說之長而逐步得到完善。
朱熹的天文學研究側重于對宇宙結構理論的研究。他通過自己的天文觀測和科學研究,以渾天說為主干,吸取了蓋天說和宣夜說的某些觀點,提出了較以往更加完善的宇宙結構理論,把古代的渾天說推到一個新的階段,這應當是朱熹對于古代天文學發展的一大貢獻。
但是,由于朱熹的天文學研究只是專注于宇宙的結構,對于當時在天文觀測和歷法方面的研究進展關注不夠,在這些方面的研究稍顯不足。因此,他的宇宙結構理論在某些具體的細節方面,尤其是定量方面,尚有一些不足之處,有些見解和解釋是欠妥當的。
然而,他畢竟對宇宙結構等天文學問題作了純科學意義上的研究,代表了宋代以至后來相當長一段時期中國古代天文學在宇宙結構理論研究方面的水平。而且,朱熹的宇宙結構理論在后來直至清代一直受到了不少學者的重視和引述。
朱熹之后宋末的重要學者王應麟(1223~1296年,字伯厚,號深寧居士)撰《六經天文編》六卷,記述了儒家經典中大量有關天文學方面的重要論述,《四庫全書六經天文編》“提要”說:“是編裒六經之言天文者,以易、書、詩所載為上卷,周禮、禮記、春秋所載為下卷?!痹撝饕灿浭隽酥祆涞脑S多有關天文學方面的論述。
元代之后科舉考試以“四書五經”為官定教科書。其中《尚書》以蔡沈的《書集傳》為主。蔡沈(1167~1230年,字仲默,號九峰)曾隨其父蔡元定從學于朱熹。他的《書集傳》是承朱熹之命而作,其中包含了朱熹所注《尚書》之《堯典》、《舜典》等內容,涉及不少有關天文學方面的論述。另有元代學者史伯璿(生卒不詳)著《管窺外篇》;《四庫全書管窺外篇》“提要”說:該書中“于天文、歷學、地理、田制言之頗詳,多能有所闡發。”在論及天文學時,該書對朱熹的言論多有引述,并認為“天以極健至勁之氣運乎外,而束水與地于其中”。這與朱熹的宇宙結構理論是一致的。
明初的胡廣等纂修《性理大全》,其中輯錄了大量朱熹有關天文學的論述。明末清初的天文學家游藝(生卒不詳,字子六,號岱峰)融中西天文學于一體,撰天文學著作《天經或問》,后被收入《四庫全書》,并流傳于日本。該書在回答地球何以“能浮空而不墜”時說:“天虛晝夜運旋于外,地實確然不動于中……天裹著地,運旋之氣升降不息,四面緊塞不容展側,地不得不凝于中以自守也。”這里吸取了朱熹關于氣的旋轉支撐地球懸于空中的宇宙結構理論;在解釋地震的原因時,該書又明確運用了朱熹的這一觀點,說:“地本氣之渣滓聚成形質者,束于元氣旋轉之中,故兀然浮空而不墜為極重亙中心以鎮定也。”在論及日月五星的運行方向和速度時,該書說道:“日月之行,宋儒言之甚詳”,并且還直接引述朱熹關于五星運行方向和速度的觀點予以說明。
清代著名學者李光地(1642~1718年,字晉卿,號榕村)曾奉命主編《朱子大全》,其中“卷四十九理氣一”有“總論、太極、天地、陰陽、時令”,“卷五十理氣二”有“天文、天度、地理、雷電、風雨雪雹霜露”,收錄了朱熹有關天文學的不少論述。李光地所著的《歷象本要》引述了朱熹所謂“地在中央不動,不是在下”,“天包乎地”以及“天有九重”等,用以說明朱熹的天文學思想中包含了西方天文學有關宇宙結構的知識[ ]。他在所撰的《理氣》篇說:“朱子言天,天不宜以恒星為體,當立有定之度數記之。天乃動物,仍當于天外立一太虛不動之天以測之,此說即今西歷之宗動天也。其言九層之天。近人者最和暖故能生人物。遠得一層,運轉得較緊似一層。至第九層則緊不可言。與今西歷所云九層一 一吻合?!盵 ]他的《御定星歷考原》六卷,也引述了朱熹有關宇宙結構的言論,并且認為,朱熹所說的“天包乎地,地特天中之一物爾”就是指“天渾圓地亦渾圓”,而與西方天文學的宇宙結構理論相一致。
李光地與被譽為清初“歷算第一名家”的梅文鼎(1633~1721年,字定九,號勿庵)[ ]交往甚密,并且對當時的西方科學都持“西學中源”說。梅文鼎在所著《歷學疑問》中多處引用朱熹有關宇宙結構的言論。該書認為,朱熹已經具有西方天文學所謂“動天之外有靜天”、“天有重數”和“以輪載日月”的觀點,并且說:“朱子以輪載日月之喻,兼可施諸黃、赤,與西說之言層次者實相通貫。”[ ]
除此之外,清代還有黃鼎(生卒不詳)的《天文大成管窺輯要》八十卷,其中也包括朱熹有關天文學的不少論述。
朱熹是古代的大哲學家,代表了中國古代哲學發展的一座高峰。也許正是這個原因,他在天文學上所取得的成就一直沒有能引起人們足夠的注意。但是,這并不能否認他在天文學上確實做出過卓越的貢獻,他的宇宙結構理論對后世產生過重大的影響。
注釋:
[ ] 李約瑟:《中國科學技術史》第四卷《天學》,北京:科學出版社1975年版,第2頁。
[ ] 〔宋〕黎靖德編:《朱子語類》,北京:中華書局1986年版,卷第九十四。
[ ] 《朱子語類》,卷第一百四。
[ ] 陳來:《朱子書信編年考證》,上海人民出版社1989年版。
[ ] 《答林擇之》,《晦菴先生朱文公文集》(四部叢刊初編),以下簡稱《文集》,卷四十三。
[ ] 《答蔡季通》,《文集》續集卷二。
[ ] 《答呂子約》,《文集》卷四十七。
[ ] 胡道靜:《朱子對沈括科學學說的鉆研與發展》,《朱熹與中國文化》,學林出版社1989年版。
[ ] 《答蔡季通》,《文集》卷四十四。
[ ] 《答蔡伯靜》,《文集》續集卷三。
[ ] 《答廖子晦》,《文集》卷四十五。
[ ] 《答蔡季通》,《文集》續集卷二。
[ ] 《朱子語類》,卷第二。
[ ] 《朱子語類》,卷第二十三。
[ ] 樂愛國、高令印《朱熹格物致知論的科學精神及其歷史作用》,《廈門大學學報》,1997年第1期。
[ ] 《朱子語類》,卷第一。
[ ] 《朱子語類》,卷第一。
[ ] 《朱子語類》,卷第一。
[ ] 梅森:《自然科學史》,上海譯文出版社1980年版,第75頁。
[ ] 《晉書天文志上》。
[ ] 《朱子語類》,卷第一。
[ ] 《朱子語類》,卷第一。
[ ] 朱熹:《楚辭集注》,上海古籍出版社1979年版,第51頁。
[ ] 杜石然等:《中國科學技術史稿》(下),科學出版社1982年版,第106頁。
[ ] 朱熹:《楚辭集注》,第51頁。
[ ] 《朱子語類》,卷第二。
[ ] 《朱子語類》,卷第二。
[ ] 《晉書天文志上》。
[ ] 朱熹:《楚辭集注》,第51頁。
[ ] 《朱子語類》,卷第二。
[ ] 《朱子語類》,卷第二。
[ ] 李約瑟:《中國科學技術史》第4卷,科學出版社1975年版,第547頁。
[ ] 沈括:《夢溪筆談》卷七《象數一》。
[ ] 朱熹:《楚辭集注》,第53頁。
[ ] 《朱子語類》,卷第二。
[ ] 樂愛國:《李光地的中西科技觀述評》,載《李光地研究》,廈門大學出版社1993年版。
現在,各行各業在發展過程中在節能環保方面都有了新的要求,因此,為了更好的適應時代的發展變化,農業在發展過程中一定要非常的穩定,這樣才能更好的保證糧食供應不會出現任何問題。在農業發展過程中,水利工程對其發展有很大的保障作用。因此,在農田水利方面也要重視高效、節能以及環保方面,這樣才能更好的推動農業的可持續發展。在農田水利技術方面,我國已經有了很大的發展,在水資源的利用效率方面有了很大的提高,同時,對作物的水分也需求進行信息采集,因此,能夠更好的對水量進行控制。在對理論進行研究的時候,前期是比較單一的,只是對單純的土壤水分進行了水分控制研究,因此,現在,研究理論已經向多元化方向發展了,在這種情況下,能夠更好的對全方位的水分轉移進行規律性研究,同時,對水分的承載體也進行了更多方面的研究。在研究對象方面不僅僅進行了水分的研究,同時對養分和水熱情況也進行了分析。這樣能夠更好的對不同條件下的灌溉進行研究,同時,在灌溉時候也能制定出不同的方式,在制定灌溉方式的時候,要對植物的生長規律進行必要的研究,同時,對生長環境也要進行分析,這樣才能更好的促進植物的生長。農田水利工程在節水方面要建立一個非常嚴謹的理論體系,這樣能夠保證研究方面更加的科學,同時也能更加的系統。農田水利在水系研究方面研究的對象非常多,其中包括地表水、農田大氣水、土壤水、地下水以及植物水進行研究,在研究的過程中要對其相互之間的轉化關系進行掌握,這樣能夠更好的對農作物的水分蒸發量和流域的蒸發量進行計算,在研究的過程中,要將農田水利工程的高效性和節能性作為工作的目標。在對節水高效模型進行研究的時候,要對相關的重點進行研究,同時對相關的方法也要進行重視。對農作物的水分研究從單一的研究領域向更廣的范圍進行研究,能夠更好的對水分的空間性進行研究,同時也能更好的對分布規律進行研究。在對農田水利進行研究的時候,針對傳統的農作物主要有小麥、水稻和玉米,這些農作物是大規模種植的,因此,在進行現代農田水利研究的時候要從這些農作物的研究中走出來,研究的方向要向經濟作物轉移,這樣能夠更好的滿足現在的農業生產環境,同時,在研究過程中,對不同的作物在不同的階段的水分情況進行研究,這樣能夠更好的掌握其水分需求變化,同時,對植物的生長狀態要進行研究,這樣能夠更好的保證農田水利節水建設的實現。在經過了嚴謹的研究分析以后,可以對農作物的灌溉水量進行控制,同時,為了更好的實現節約和高效的目的,可以建立必要的基礎保障措施,這樣能夠更好的做到適度的調節。
1.2設備、材料的節水研發
在節水灌溉設備方面有了很多的變化,現在,主要應用的設備有外混式自吸泵、新型金屬快速接頭、地面移動鋁合金管道系統設備、田間閘管系統設備、調壓給水栓、豎管萬向座、恒壓噴灌設備、絞盤式噴灌機、折射式微噴頭、旋轉式微噴頭、微灌用壓力-流量調節器、微噴連接件、水動式施肥泵、水動反沖洗沙過濾器、平面迷宮式滴頭、毛管移動機具、滴灌設計CAD系統、地下滴灌專用滴頭、經濟型內鑲式滴灌管及配套設備、波涌灌設備、U型防滲渠道施工機械、SYZW-1智能型量水儀、WIS-2智能型量水儀、長喉槽量水槽等24種節水新設備,其中16種產品實現產業化。在節水新材料研究上,提出了適合U型渠道襯砌構件的混凝土配合比,選用焦油塑料膠泥條和遇水膨脹橡膠止水條作為預制襯砌渠道伸縮縫材料,較好地解決了渠道接縫滲漏問題。
1.3農用水資源的合理開發及農業節水新技術研究
在水庫灌區建立流域水資源的優化調度模型能夠更好的對徑流的水量進行控制,同時對儲蓄的水量和灌區的農作物的種植結構進行結合,這樣能夠更好的保證輸水的能力,進行更好的分析,能夠更好的對水資源進行合理的配置,同時也能更好的實現水資源的優化調度,對提高供水效率非常有幫助。在灌溉水源非常多的地區,要將灌溉區的地表水和地下水進行聯網,這樣能夠更好的在優化水資源方面進行配合,同時,在自動化控制技術方面也能取得很好的效果。農田在灌溉方面要實現分散水源集中控制,這樣能夠更好的實現統一調度,同時,也能更好的對有限的水資源進行更好的利用,這樣能夠更好的提高灌溉的效率。在輸水和配水的環節上也要進行節水工程設計,在施工技術方面也要進行提高,這樣能夠更好的形成集成灌溉的模式。在膜下滴灌技術中,能夠更好的通過滴灌的方式來使農作物的根系更好的吸收水、肥和農藥,這樣能夠更好的保證農作物的生長,同時,也能更好的保證農作物生長過程中水分的充足。
2農田水利科技發展方向
2.1作物節水高效灌溉制度研究
為了以最少的灌溉水投入獲取最高利益,應制定相應的灌溉方案,包括農作物播種前及全生育期內的灌水次數、灌水時間、灌溉定額。在灌區開展不同作物、不同生長條件下的耗水量研究,特別是隨著作物種植結構的調整,應加大對各種經濟作物的耗水量研究,尋求作物在不同生長環境條件下的節水高效規律。以此為基礎,制定灌區在不同的供水、氣象、農藝、管理等條件下的節水高效灌溉用水方案,采用現代化手段進行灌區實時灌溉預報,指導農民進行灌溉。
2.2農業節水設備的產業化
根據我國農業生產向高效集約化經營發展的趨勢,節省勞力、生產效率高、自動化程度高的節水灌溉機具應成為今后研究、開發和產業化的重點。如機械移管的噴灌機具,地下滴灌設備,大、中、小型的渠道防滲襯砌機具,農田精細平地、開溝、打畦機具,各種自動閥門,以及灌溉自動化控制設備等。
2.3高新技術的應用研究
目前農田水利建設中突出問題就是水資源的匱乏,由于用水的減少,在農田灌溉上的供需關系就會出現矛盾,而在農田相關的排水以及灌溉上又十分的復雜,所以,自動化的智能農田水利建設成為了必然的發展趨勢,通過各種先進的智能技術,將可利用技術有效的轉變為提高農田灌溉和排水的技術,應用到實際的生產中,有效的消除不合理的農田灌溉對生產以及生態的影響。這才是新時代的農田灌溉所要發展的方向。
截至2013年底,尼日利亞天然氣剩余可采儲量為5.1萬億立方米(見圖1),居非洲第一位、世界第九位。據尼日利亞國家石油公司(NNPC)的統計數據,2013年,尼日利亞天然氣總產量為658億立方米,實際利用量為543億立方米,扣除天然氣作業者自用量(包括發電用氣、回注氣和氣舉采油用氣)后,在市場銷售的天然氣只有349億立方米(見圖2),居非洲第三位、世界第22位。2013年,尼日利亞液化天然氣(LNG)出口量為223.66億立方米,居世界第四位,比印度尼西亞的224.11億立方米略低。2013年,該國國內天然氣消費量4814萬立方米/日。據估計,尼日爾三角洲盆地還有約171萬億立方米的天然氣資源量有待發現,尼日利亞天然氣的勘探開發前景廣闊。從圖1和圖2可以看出,尼日利亞天然氣儲量自2002年來幾乎沒有什么變化,近10年來該國天然氣產量也非常穩定,幾乎未有增加。目前,已有上百家石油公司云集在油氣資源豐富的尼日爾三角洲地區,投資油氣項目,但油氣資源主要被殼牌、??松梨凇⒀┓瘕?、道達爾和阿吉普這5家西方大石油公司壟斷。
二、國內天然氣市場
近年尼日利亞經濟發展速度較快,GDP增長率一直維持在約7%,能源消耗逐年增加,天然氣市場需求旺盛,理論上天然氣市場應是一派欣欣向榮的景象。但由于長期以來尼政府確定的天然氣價格為全球最低,石油公司對勘探和生產天然氣缺乏積極性,加之產出的80%以上是伴生氣,天然氣處理和儲運能力不足,造成天然氣開發生產嚴重滯后。與此同時,尼日利亞廉價天然氣導致消費量不斷攀升,市場嚴重供不應求。由于缺氣,尼日利亞燃氣發電廠時常停產,國家電網供電嚴重不足,導致政府機構、學校、企事業單位和城市居民自備柴油發電機,以備不時之需。由于柴油發電成本太高,許多制造業工廠被迫關閉,嚴重制約了該國民族工業的發展。由于缺氣,西非輸氣管道被迫低效運營,貫穿撒哈拉沙漠的長輸天然氣管道項目、尼日利亞LNG廠擴建和新建項目被迫推遲,投資者被迫放棄了興建以天然氣為原材料的化工廠、化肥廠、甲醇廠等許多下游項目。一方面是供氣嚴重短缺,另一方面是天然氣利用率很低,尼日利亞天然氣放空燃燒量位居世界第二。為此尼聯邦政府在2003年規定,2008年底前停止放空燃燒天然氣,否則將予以處罰。此后,尼日利亞天然氣放空燃燒量逐年下降,年放空燃燒量占年產量比率由2003年的46.2%降至2013年的17.6%(見圖3)。但是,由于天然氣處理廠和管道等基礎設施落后且嚴重匱乏,加之氣價過低,處罰不嚴格、不及時等原因,天然氣放空燃燒仍屢禁不絕。該國政府再次提出,2012年年底后禁止放空燃燒天然氣,否則將處以高額罰款。盡管如此,直至2013年,尼日利亞仍有116億立方米天然氣被放空燃燒,占世界放空燃燒量的10%,僅次于俄羅斯,尼政府因此損失超過10億美元。
三、主要天然氣項目
1.埃斯科拉沃斯(Escravos)天然氣合成油(EGTL)項目該項目位于尼日爾三角洲埃斯科拉沃斯河西岸,雪佛龍公司為作業者,持有75%的股份,尼日利亞國家石油公司(NNPC)持有其余25%的股份。一期建成產能3.3萬桶/日,加工天然氣920萬立方米/日;二期產能為12萬桶/日。一期建設始于2008年,但施工進展緩慢,經歷多次延期,預算也屢次上調,建設成本最后增至95億美元,已于2013年底投產。
2.液化天然氣項目尼日利亞是世界上重要的液化天然氣生產國之一,近年其市場份額雖有下降,國際市場占有率由11%下降為7%,但仍是世界第四大LNG出口國。尼日利亞共有6條LNG生產線,年產LNG量2200萬噸,液化石油氣(LPG)400萬噸。預計未來幾年,該國LNG年產量將達到4200萬噸。1)尼日利亞LNG廠(NLNG)。該廠位于尼日爾三角洲河流州伯尼(Bonny)島,是目前唯一在產的LNG項目。股份分配為尼日利亞國家石油公司49%、殼牌(作業者)22.6%、道達爾15%、阿吉普10.4%。該項目于1999年投資38億美元建成2條生產線,開始出口LNG到美國、歐洲(西班牙、法國、葡萄牙)及亞洲(日本、韓國)。項目已有6條生產線,LNG產能為2200萬噸/年,LPG產能為400萬噸/年,天然氣需求量為9910萬立方米/日。目前該項目正在籌劃第7條生產線,將增加產能800萬噸/年,但由于氣源緊張,尚未得到尼政府批準。2)布拉斯(Brass)LNG廠。該項目位于尼日爾三角洲拜耶爾薩州,股份分配為尼日利亞國家石油公司49%、奧昂多(Oando)17%(2012年收購康菲的股份)、阿吉普17%、道達爾17%,預計投資85億美元,設計2條生產線,年產LNG量1000萬噸。該項目12年前已啟動設計、工程建設招標和征地等,已花費10多億美元,但目前僅完成設計、征地和部分前期輔助工程。由于融資問題和新石油法案未出臺,最終投資決定一直未獲伙伴公司的簽署。3)奧羅柯拉(Olokola)LNG廠。該廠位于奧貢州和昂多州交界的海濱,由尼日利亞國家石油公司、雪佛龍和殼牌等合資興建。初步計劃建設2條生產線,日加工天然氣約2832萬立方米,年產能為2×630萬噸,最終建成產能為LNG3500萬噸/年、LPG3萬桶/日、凝析油1.5萬桶/日。2006年該項目正式啟動,2007年簽署了自由貿易區協議,目前已經完成前端工程設計、工程建設招投標、征地和前期營房建設等,并開始了陸上和海上的巖土工程測量和海底測量。4)進步(Progress)LNG廠。該項目計劃建設1條生產線,雖然已經得到政府許可,但目前尚處在可行性研究和設計階段。
3.西非天然氣管線(WAGP,WestAfricanGasPipeline)該項目由雪佛龍、殼牌,以及尼日利亞、加納、貝寧和多哥等國家的石油公司共同投資建成。管線從尼日利亞三角洲沿海岸由東向西,經貝寧、多哥至加納,全長676千米。2010年建成并開始運營,天然氣運輸能力為1274萬立方米/日,目前運輸量僅約481萬立方米/日,將來不僅要增加輸氣量,而且管線將進一步向西延伸至科特迪瓦。
4.貫穿撒哈拉沙漠的天然氣管線(Trans-SaharanGasPipeline)2002年,尼日利亞與阿爾及利亞兩國政府簽署諒解備忘錄,計劃修建一條貫穿撒哈拉沙漠的天然氣管道,從尼日利亞三角洲向北,經尼日爾到阿爾及利亞地中海港口,面向歐洲市場,全長4023千米。目前已完成可行性研究,預計管道建設費約100億美元,集輸站建設費約30億美元,該項目面臨的主要挑戰是融資問題。
四、天然氣工業總體規劃、相關政策及制約因素
前已述及,尼日利亞天然氣儲量位居非洲第二,具有雄厚的天然氣工業發展基礎。為了加快天然氣工業的發展,尼政府制定了包括上述項目在內的宏大的天然氣總體規劃。
1.天然氣工業總體規劃2008年2月13日,尼日利亞聯邦政府正式批準了該國的天然氣總體規劃,該規劃旨在加快天然氣工業基礎設施的建設和發展,促進國內天然氣開發利用,提升其在國際天然氣市場的地位,使天然氣工業成為尼新一輪經濟發展的引擎。天然氣總體規劃包括三個主要戰略:一是激勵天然氣工業的發展,使之成為國民經濟發展的助推器;二是增強尼日利亞在國際天然氣市場的競爭力,并確立其高附加值天然氣產品出口國的地位;三是確保尼日利亞長期能源安全。該規劃有三個主要目標:一是到2015年,向燃氣發電廠的輸氣量增加3倍,保證生活和生產用電供應;二是建設撒哈拉以南非洲天然氣工業樞紐,包括天然氣處理中心站、化肥廠、石油化工廠和甲醇廠等,將天然氣工業變為增加附加值的行業;三是發展西非天然氣管道運輸和LNG出口,鞏固并提升尼在國際天然氣市場的地位。該規劃除了包括上述項目中未建成的項目之外,還包括建設4座化肥廠、4座甲醇廠、若干座天然氣制油廠、20多座發電廠以及6座天然氣中央處理廠等??傮w規劃將完善尼日利亞國內天然氣管網,縱貫南北,橫穿東西,使各石油公司的管線建設和國家建設相統一,實現統一調氣,協調使用,避免重復建設。預計到2017年,實現每天向國內發電廠、制造業工廠、水泥廠、石油化工廠和西非天然氣管道輸送天然氣92.6萬桶油當量(約15.21億立方米),LNG日出口量增加至86.8萬桶油當量(約14.26億立方米)。尼日利亞政府分四個步驟實施天然氣總體規劃。第一步,2008年2月,以激活天然氣市場為目的對國內天然氣市場進行干預,包括出臺國內供氣義務法規,禁止放空燃燒天然氣的法令,引入氣價改革過渡框架,建立天然氣買賣協議和證券化等商業模式,制定天然氣基礎設施的規劃方案等;第二步,2011年1月,國內天然氣實行市場價格,天然氣基礎設施投資開始起步,出臺相應天然氣法規;第三步,2013年1月,主要天然氣基礎設施投資啟動,實現完全的天然氣貨幣化,成立多個新天然氣公司或投資公司;第四步,2014年1月,實現完全市場化,結束政府對天然氣市場的干預,實現市場引導投資者在天然氣勘探、生產和利用產業鏈的投資。
2.天然氣相關政策與天然氣總體規劃配套,尼政府出臺了有關合同、禁止放空燃燒天然氣和氣價改革等政策與法規。1)產品分成合同有關天然氣條款規定,作業者在開發天然氣前,需簽署天然氣開發協議,該協議包括優先滿足資源國戰略需要等內容。2)國內天然氣義務供應法案規定,作業者須為尼日利亞國內市場預留出一定數量的義務天然氣;未完成義務供氣量者,按3.5美元/千立方英尺處以罰款,且罰款不能抵稅;只有在滿足義務供氣量后才允許天然氣出口。3)禁止放空燃燒天然氣法令規定,作業者放空燃燒天然氣須獲得尼政府批準,并按3.5美元/千立方英尺處以罰款,且罰款不能抵稅,不得計入可回收成本。4)天然氣價格政策。在2010年前,以相對便宜的氣價首先供應尼國內,并將天然氣用戶分為3個領域,對應3個定價方案:一是民生領域,例如電力和輕工業用戶,天然氣采用成本價格,氣價不足0.2美元/千立方英尺,此價為全球天然氣最低價格,這部分供氣是石油公司最主要的天然氣供應義務;二是以天然氣為基礎的工業領域,例如甲醇、化肥和天然氣制油業等,天然氣價格采用凈回值作價法,氣價隨產品價格波動,約為1美元/千立方英尺;三是商業領域,例如制造業、LNG行業,天然氣按代用燃料價格計價,氣價約為2.5美元/千立方英尺。自2011年開始,尼政府實施了天然氣價格改革,規定供應發電廠的天然氣價格由0.3美元/千立方英尺上調為1美元/千立方英尺,2012-2013年上調至1.5美元/千立方英尺,2014年上調至2美元/千立方英尺。但是,由于種種原因,2011年和2012年實際氣價分別為0.3美元/千立方英尺和1美元/千立方英尺,氣價改革滯后,沒有到位。尼國內非發電用氣價格規定為:2011-2012年2美元/千立方英尺,2013年2.5美元/千立方英尺,2014年3美元/千立方英尺;LNG廠用氣價格由市場決定。通過調整天然氣價格,尼日利亞天然氣價格倒掛問題得到了徹底解決,在一定程度上激發了在尼石油公司投資、生產、供應天然氣的積極性。
3.制約因素天然氣總體規劃和相關天然氣政策實施后,尼國內天然氣利用率和供應量有所提高,2012年供應量達到創紀錄的4248萬立方米/日,而且呈現不斷增長的趨勢。然而,天然氣總體規劃實施情況遠遠落后于尼政府的計劃和預期。究其原因,除了天然氣項目投資拖了項目建設期后腿,目前主要面臨以下幾方面的制約因素。一是新石油法案至今仍在尼國會審議遲遲未能出臺,油氣財稅條款尚未確定,嚴重影響著石油公司的油氣勘探開發投資,包括對天然氣總體規劃的響應和投資決定。目前,尼日利亞朝野和工會組織均已認識到,應盡快通過新石油法案,否則將嚴重影響尼日利亞經濟的支柱產業——油氣工業的健康發展。二是尼日利亞近10年來社會安保形勢日趨惡化,國際救援組織(SOS)近年一直將尼日利亞社會安全列為高風險I級和極高風險II級。尼日爾三角洲產油區武裝組織不斷對油田設施和人員進行襲擊和騷擾,不僅影響油氣生產,也嚴重影響了石油投資。三是油田社區矛盾日益突出和復雜。在過去半個世紀的油氣生產歷史中,尼政府和石油公司均忽視了對當地社區的發展投入和對百姓就業的教育培訓。同時,油氣生產事故和不法分子的盜油活動頻繁,漏油事件對社區環境造成污染與破壞,影響了社區居民的生產和生活。石油生產與社區的矛盾嚴重影響了油氣生產效益。四是尼日利亞國內天然氣銷市場三角債錯綜復雜。油氣作業者將處理后的天然氣賣給尼天然氣公司,天然氣公司將氣賣給發電廠,發電廠將電力賣給電網公司,電網公司向社區供電。由于電網公司不能及時全額收取電費,最終影響油氣作業者及時收取天然氣費用,由此形成惡性循環。對此,電網公司開始推行先付費后用電的插卡電表,以扭轉居民用電后不付費的局面。
五、天然氣總體規劃下的基礎建設項目
根據天然氣總體規劃,尼日利亞加快推進天然氣基礎設施建設,一批輸氣管道和天然氣處理廠已經建成或即將建成投產,并計劃建設天然氣工業園區。目前,總體規劃中確定的總長722千米的6條新的輸氣管道已經竣工投產;總產能為6088萬立方米/日的6個天然氣中心處理廠項目正處于開發階段,并將于2015-2019年陸續建成,屆時該國國內供氣量將翻番。2013年以來,尼政府進一步提出在尼日爾三角洲建立3個天然氣處理加工工業園自由貿易區,分別位于三角洲奧吉迪哥本(Ogidigben)鎮(西園)、河流州(中園)和阿夸伊博州(東園)。其中西園已經破土動工,稱為奧吉迪哥本天然氣革命工業園,占地面積2700公頃,其中一期585公頃,包括化肥廠、甲醇廠、石油化工廠、發電廠以及辦公室和居住設施,西園將是撒哈拉以南地區非洲最大的天然氣工業城。尼政府的目標是通過該工業園區的3個項目提升天然氣附加值:一是天然氣發電,提供可靠的平價電力,確保民生用電;二是天然氣工業化,建設以天然氣為原材料的化肥廠、甲醇廠、石油化工廠等,推動工農業發展,形成天然氣產業價值鏈;三是出口創匯,通過西非天然氣管道和LNG把天然氣出口到西非地區和其他國際市場,實現外匯收入。天然氣工業園區將以天然氣中心處理廠為中心,沿海岸而建,位于伊斯克拉沃斯(Escravos)河東岸,在雪佛龍的伊斯克拉沃斯油氣站的河對面,是尼日利亞天然氣工業總體規劃的組成部分,將為其他天然氣園區起到示范作用,由尼日利亞國家石油公司運營管理。目前,該工業園區已經破土動工,尼政府正在招商引資,尼總統希望中國石油企業積極參與。作為該地區的主要天然氣生產商,雪佛龍將參加該園區的投資建設。中園和東園的開發建設正處于招投標過程中,殼牌將參加中園項目的投資??傮w來看,尼日利亞天然氣總體規劃的實施呈現穩步有序推進之勢。
[4]沈金亮:《〈尚書〉傳本真偽之爭新論》,《文史雜志》2014年第3期。
[5]楊伯峻:《春秋左傳注》(修訂本),中華書局2009年版。
[6]夏商周斷代工程專家組編著《夏商周斷代工程1996――2000階段成果報告:簡本》,世界圖書出版公司北京公司2000年版。
[7]楊伯峻:《論語譯注?衛靈公》,中華書局1980年版。
[8](清)顧炎武:《天下郡國利病書》,上海古籍出版社2012年版。
[9]楊光成:《西羌壯歌》,《西羌文化》編輯部出版。
引言
大慶油田是我國最大的油田,是我國重要的能源基地,全國40%的原油來自大慶,油田企業每年都有大量的新增建設用地,每年都有新打的井,對土地的依賴性強,且在占用土地上具有點多、面廣、量大等特點,因此,對于油田企業來說,切實加強土地資產的經營管理,合理利用土地資源,確保其保值增值,具有特別重要的現實意義。大慶油田建設過程中涉及眾多的土地產權問題。土地問題處理好了,有利于大慶油田20年原油持續穩產4000萬噸有利于大慶經濟的繁榮發展,有利于社會的穩定。實際工作過程中,應該依據國家有關法律、法規和政策以及大慶油田的實際情況,妥善處理好土地問題。
1、油田土地管理工作的現狀
土地屬于重要的資源,又是重要的資產,土地管理應該堅持資源資產并重管理,管理的基本原則是:有序在償、供需平衡、結構優化、集約高效。油田土地管理工作是油田工程建設的前提保障,近年來,全國正在開展土地管理調研,國家對土地管理的要求也進一步加強,油田單位應該結合實際,深入基層,加強管理,嚴抓違法案件,繼續做好土地管理工作。
近年來,大慶油田在建設用地程序上,嚴格依據國土資源部《建設項目用地預審管理辦法》、《黑龍江省建設用地審批流程、建設用地預審程序》等相關管理制度,對油氣田建設每宗地的取得和使用,都依法按程序辦理,足額及時上繳全部稅費,認真履行建設用地合同各項條款,切實做好土地資料建檔歸檔工作;歷年來沒有發生一起因用地問題引發的糾紛。同時,油田公司把集約節約用地放在各項工作的首位;在站(所)選址,井場勘探,油氣管道鋪設,道路建設項目中,做到了“三多、三少、一禁止”(即:多用荒地、多用沙地、多用坡地;少用平地、少用耕地、少用園地;禁止用基本農田)。積極簡化流程工藝,科學合理布井,推廣應用多井組的集約節約用地方式,節約用地成效顯著。
2、油田企業土地資產管理常見問題
全國各油田有一個普遍的現象,油田占地面積廣,土地資源豐富,近年來,土地管理越來越規范,但在土地管理方面難免也存在一些問題。
2.1存在土地荒蕪現象
一直以來,在土地使用方面存在一些問題,例如:管理不善,節約意識淡薄,土地有效利用率偏低,存在閑置、浪費的現象。甚至存在無任何許可的情況下,圈地搞工程、搞項目,工程多年不開工,用地一直空閑,造成嚴重浪費。
2.2重視征地,輕視管理
油田企業為了油田開發的需要,每年都要投入大量資金,投資建設的第一環節就是征用大量土地資源,在一定意義上可以說,土地資源是油田的最寶貴固定資產,是企業資產的重要組成部分。但是長期以來,許多油田企業缺乏土地管理意識,不夠重視土地管理工作,多頭管理現象嚴重,管理機構不健全,或管理人員崗位變換頻繁,相關存檔資料分散或遺失,歸檔不及時,以及機構變動時移交手續不規范,造成了許多珍貴的土地歷史資料遺失,有時甚至因無法找到相關證明材料,不得不重復交費,重新辦理用地手續等,給企業帶來了無可挽回的經濟損失。
2.3建設用地協調管理難度不斷增大
隨著油田開發的需要,建設項目不斷增加,部分油氣勘探建設項目占壓農民耕道、橋梁、林地、經濟作物現象時有出現,項目涉及地方公路、建筑物、河流的穿越、搭頭等,對民用供水、供電、通訊線路進行改道情況時有發生。由于施工人員與所處地區人員存在較大文化差異,加之用地政策、補償標準等缺乏統一標準,基本是多頭管理,與地方協調起來較為困難,嚴重時出現地方人員圍堵工地、阻撓施工現象。
3、加強油田企業土地資產管理的措施
3.1構建土地資源信息化檔案
隨著計算機技術的不斷發展,在土地管理工作中,應該結合實際工作引進軟件,逐步建立起信息化土地資產管理新模式,開發功能強大的土地資產管理信息網絡系統。在系統內,實現企業管理的各個功能,為企業各部門提供方便,如:實現固定資產、流動資產、房產的相互連接,實現土地管理信息的共享、共用,實現土地應用信息的查詢、上報、下發、智能化,從而不斷提高土地管理部門的工作效率,為企業領導及各專業部門進行決策提供重要參考數據。
3.2重視規劃,提高土地利用率
油田建設用地應以可持續發展為指導,以節約用地為方針,遵循相關“十二五規劃”建設用地要求,在建設初期要進行全面考察,科學用地,按需用地,科學規劃,并將規劃進行科學計算,貫徹落實到實際工作中,促進土地資源的合理利用和開發。此外,要從石油技術等方面來減少土地資源的應用,如:①提高鉆井技術,從節約用地的角度出發,在新鉆井方面要靈活運用水平井、定向井等多種鉆探方式;②在鉆井施工前,應該優化方案設計,減少占用土地,減少占用耕地,提高土地資源的利用率,降低鉆井施工成本,在施工過程中,應盡量少修路,充分利用現有公路條件;③對報廢井場積極實施退耕,減少已占土地數量。
3.3加強用地協調,科學合理用地
油田土地管理部門,應該從大局出發,確保油田建設用地征用渠道的通暢,為公司的發展做后勤保障。在油田建設過程中,會遇到各種各樣的土地問題,遇到各種困難,在困難面前,土地部門的管理人員,應該樹立信息,積極協調地方,對地方組織、個人無理阻撓油氣田建設征地進程,故意妨礙工程建設的行為、事件,堅決依法追究當事人責任。積極協助地方土地執法、交通、公安部門開展社會環境綜合治理,堅決懲治滋事鬧事者,保證油氣田建設用地征用的正常工作秩序。
3.4提高認識,樹立土地管理新觀念
中圖分類號:TU47 文獻標識碼:A 文章編號:
引言
換填墊層法在建筑工程中廣泛應用.換填墊層法是挖去地表淺層軟弱土層或不均勻土層,回填堅硬、較粗粒徑的材料,并夯壓密實,形成墊層的地基處理方法.換填墊層可依換填材料不同,分為碎石墊層,砂墊層,灰土墊層,粉煤灰墊層等.換填墊層施工簡便,廣泛應用于中小型工程淺層地基處理中。
1、換填墊層是將建筑物基底的軟土挖去,代以人工回填的砂(或碎石)作為持力層主要用于荷載不大的軟基處理。換填墊層主要作用有三:
(1)減少基礎沉降量:沉降量是與地基的附加應力成正比的。緊靠基底區域內的附加應力大,沉降量也大,約60%~70%的沉降是由持力層引起的。換填墊層后,可大大減少基礎的沉降量,并可調整地基的不均勻沉降。
(2)增加地基的穩定性:換填墊層實際上象個“船筏式”基礎,使建筑物的荷載通過墊層均勻地擴散到墊層側面及下臥軟土上去,減少了軟土所受的附加應力,對防止建筑物地基局部應力集中所引起的剪切破壞有一定的作用。
(3)加速軟土地基的固結:鋪在軟土上的換填墊層(特別是砂墊層),一方面縮短了排水距離,另一方面它實際上又是排水層。壓縮固結擠出的水分,通過砂墊層滲出,加速了地基的固結,促使地基中由于固結產生的抗剪強度較快地增長,從而提高了地基的穩定性。因此在荷載不大的工業與民用建筑軟弱地基處理中,常常作為經濟有效的處理辦法。
2、換填墊層設計中存在的問題
目前換填墊層設計方法是假定墊層是基礎的一部分。首先給定砂墊層厚度,把基底壓力擴散到砂墊層底部,將砂墊層底部作為建筑物的“新基礎”底面,底面處的附加壓力值(以條形基礎為例)(見圖1)pz按下式計算:
(1)
圖1.應力擴散圖
墊層厚度Z應根據下臥層的承載力確定,并符合下式要求
(2)
式中:pk為相應于荷載標準組合時基礎底面處平均壓力值(kPa);pc為基礎底面處土的自重壓力值;基礎底面處附加應力p0為:p0=pk-pc;pcz為墊層底面處土的自重壓力;fz為墊層底面處地基承載力設計值;θ為墊層擴散角,對于中密砂墊層,當Z/b≥0.5時,θ=30°;當Z/b
3、換填墊層強度取值與基坑側土強度關系分析
假定:(1)換填墊層與側面軟土在界面處破壞是由于軟土強度不足所致;(2)基礎下換填墊層側面軟土各向均質同性。
當換填墊層界面處某點應力等于土的抗剪強度時的臨界狀態稱為極限平衡狀態。由土的平面應力理論有
(3)
設中密砂土的φ=30°,代入(3)得
(4)
設換填墊層基坑坡角為β,則在墊層與基坑側土接觸界面上,正應力σs為
(5)
從上式可知:當β=0°時,σx對基坑側面正應力無貢獻,σs=σz+σcz;當β=90°時,σx對基坑側面正應力貢獻最大,σs=σx。
當界面處于極限平衡狀態時,將(4)代入(5)式經整理得界面處正應力
(6)
對式(6)求最大值,可令:(σs)′|β=0,得β≈18.435°
即當換填墊層坡角滿足β=18.435°時,σs最大,此時sinβ=0.3162,cosβ=0.9487
(7)
理論計算及實測表明,基底應力極限狀態約位于基底下b/4處。設換填墊層下b/4與軟土面交界處為微元體P,其軟土強度為fs′,為保證墊層基坑側土安全,微元體P接觸面上正應力σs′必須滿足
(8)
式中:σs′=1.054(σz′+σcz′)。
對于淤泥質軟土,當覆蓋雜填土時,γ0≈17kN/m3,ηd=1.0,σcz′=γz′,當基坑側面軟土任意一點土自重應力與豎向附加應力不小于砂墊層側向壓縮引起垂直向上應力時,該點強度可近似按各向同性考慮,即
(9)
將(9)、(10)代入(8)式并整理得
(10)
式中:fa為微元體P處基坑側面軟土修正后的地基承載力特征值;fak為基坑側面軟土承載力特征值。當微元體P在基礎外邊,且z′-d=0.25b時,可近似算得:σz′≈0.35p0,考慮到上硬下軟雙層地基中點應力分布特點:地基中點應力相應減少,邊緣應力相應增大,應力分布總體相對均勻等因素,取σz′≈0.35p0×1.2,即當fak滿足下式時
(11)
或
(12)
基坑側面軟土安全;否則就應加大基礎寬度,降低p0值,直至滿足基坑安全為止。
4、雙層地基應力分布的特點
換填墊層屬于典型的雙層地基,持力層為較硬的砂墊層、砂石墊層、粉石墊層等,下臥層為軟弱土層?,F以換砂墊層為例來說明。條形均布荷載下地基基礎中點下M處(如圖2)應力σz的應力系數kE如表1。
圖2條形均布荷載下雙層地基
表1應力系數kE表
表1中ν為
(13)
式中:E01、E02分別為持力層與下臥層變形模量;μ1、μ2分別為持力層與下臥層的泊松比,對于淤泥質土,變形模量為2.5MPa左右,當其上硬層為中密砂墊層(相當于已分層夯實原砂墊層),且厚度Z不小于基礎寬時,變形模量在26MPa以上,ν≥10;ν=5,相當于均質土狀況;ν=1時為雙層地基,從表1中可以看出:ν越大,應力擴散越明顯。
若按擴散法計算砂墊層基底中點附加壓力,其大小為(按基寬與砂墊層厚相等計算)θ=30°,pz=0.464p0,按雙層地基應力系數法計算,其值為:pz=0.33p0,反算θ=44.6°,差別達40%以上。
由此可見,擴散角法與雙層地基應力系數法確實存在一定的差異。
5換土墊層合理設計分析
綜上所述,合理進行換土墊層設計,應按以下步驟考慮:
(1)換填墊層自身的強度,這主要通過施工質量與檢測來保證。
(2)換填墊層承載力設計值:考慮墊層側面軟土強度作用,按式(12)確定換填墊層p0時,應與換填墊層自身的承載力(換填墊層自身的強度減除土體自重應力)相比較,取兩者較小者為換填墊層承載力。此時換填墊層底寬可與基礎寬一致,頂寬應根據當地軟土基坑開挖放坡經驗來確定;由于實際換填墊層坡角一般在70°以上,遠大于18.435°,因此墊層側面軟土不僅相對安全,并有一定的有效側限作用。
(3)換填墊層屬于雙層地基,其應力分布應考慮雙層地基應力分布特點。當換填墊層按規范要求施工,壓實系數在0.97以上時,墊層變形模量與下臥軟土變形模量差別較大,即可達到E01/E02>10,對應于上表取ν=10.0應力系數值計算,并據此及式
(4)確定換填墊層的厚度。
當墊層厚度不小于基礎寬度時,kE≤0.33,即近70%的基礎沉降由墊層承擔,對于荷載不大的工業與民用建筑(即丙級建筑),可不必進行沉降驗算。
結束語
根據筆者多年工作經驗及雙層地基應力數值解,進行了多次探索與檢測,并在理論上予以初步論述,其目的一方面是竭盡所能,完善換填墊層承載力計算理論;另一方面,在大力提倡創造節約型社會的今天,作為一名工程師有責任、有義務為工程建設提供更科學、更經濟的設計概念與方法。
參考文獻
中國傳統歷法研究在經歷了明代前期相對的沉寂以后,到明末則出現了活躍和復興的景象。這種復興的局面是伴隨著朝野呼吁歷法改革的呼聲不斷提高而出現的?!?〕萬歷二十四年(1597),邢云路在改歷的建議受挫以后,著手將其專門研究傳統歷法問題的成果匯集成編即《古今律歷考》。此書在明代曾引起重視,使得邢云路名聲大振并被薦舉至欽天監主持修歷工作。但是,清代前期,它卻受到梅文鼎等學者的貶抑,影響了對其進行公正和客觀的評價。
現代科學史家在研究與《授時歷》相關的一些技術性問題時對《古今律歷考》有所涉及。目前所知最早涉及到《古今律歷考》的研究論文,是法國漢學家戈歇(L. Gauchet)在1917年發表的《評郭守敬的球面三角學》一文?!?〕1959年,李約瑟(Needham Joseph)在《中國科學技術史》“數學天文學卷”中討論中國古代三角學問題時將《古今律歷考》中的一幅“割圓圖”收入書中?!?〕近年來,國內學者曾對《古今律歷考》全書內容進行過概要的介紹,〔4〕并在討論邢云路的天文歷法工作時對其有所涉及。〔5〕但是,到目前為止,學界尚未對此書進行專題研究和討論,一些問題有待澄清。本文擬對《古今律歷考》的作者歸屬和成書時間及其歷法思想、思想淵源和影響等問題進行專題探討。
一、《古今律歷考》的作者歸屬和成書時間
雖然《古今律歷考》署名為邢云路,但是后世有學者認為它是邢云路和布衣歷法家魏文魁 “相與商榷而成”,〔6〕還有的學者認為“邢云路《古今律歷考》,或言本出魏文魁手”。〔7〕至于《古今律歷考》的成書時間問題,在以前學者的研究工作中也存在著不同的看法。通常的觀點認為,《古今律歷考》完稿于萬歷三十五年,初刊于次年。但是,也有學者提出此書萬歷二十八年刻本。(〔6〕,p.35b)為此,我們有必要結合有關寫作背景,對這些問題略加辨明。
邢云路研究傳統歷法的興趣始自少年時代。他癡迷數學,甚至達到成癮的程度,自己研究天象,測算多年。由于缺少同道共同討論,自有孤陋寡聞之感,于是訪求同道于當世,后得魏文魁與之共同討論古今歷法,頗有所得,故此自稱:〔8〕
因博訪當世,求我黨類于山中,得魏生焉。生名文魁,古之祖沖之、陳得一其人也。余乃相與校讎群籍,營于至當。于凡歷之宏綱細目,溯古迄今,靡不根究。其蘊奧縷析,其端倪壹切,紕瑩胥,彌訂之亡爽焉。
邢云路將魏文魁譽為祖沖之和陳得一,雖然難免有溢美之辭,但可從一個側面說明魏文魁在當時人們心目中是具有較高歷算水平的。
萬歷二十四年十二月,邢云路上疏指陳《大統歷》差錯并建議修改歷法以成一代之典,但是受到了欽天監的壓制而沒有獲得施行。面對這樣的境遇,他則抱著道術為公器而應公諸人的想法,著手編撰《古今律歷考》:〔8〕
起而上之,上嘉悅,下庭議,僉曰可,會中涓而格不行。余退嘆曰:使天不欲斯術之行,則無庸畀吾人以斯術,天既以斯術畀吾人,非余任之而誰也?夫道術,公器也。公器在我,而不以公諸人,將鬼神惡之矣。余故因金明諸君子之請,而匯集成編。
魏文魁對此書成書過程也有相關闡述:“魁深山中人,罔所事事,從幼嗜數學,悉其竅以觀天,數多入竅中,由是觀益力,每有所得,所以語諸人,弗省也。然肆業弗肯隳,忽安肅邢觀察公枉駕于余,曰:聞君抱奇術,余方志治歷明時,而胡不贊余為?魁喜曰:固吾志也,愿畢力以從。由是魁昕夕備問難,公乃出古今武庫書,與余上下其議論,尋源導窽,究竟其極。越數載而歷成,公德讓,不自有其功,以歸于余。余曰:余不敏,受教于子大夫,何力之與有?愿以山中人附青云之士,以聞于后世足矣,它何望焉?乃辭謝觀察公,而退歸深山中”?!?〕
從以上記載可以看出,邢云路與魏文魁是亦師亦友的關系,而邢云路在編撰《古今律歷考》中承擔了主要的工作。至于諸如“不自有其功”及“何力之與有”之類的語詞,實際上都不過是謙詞而已。
對于《古今律歷考》主要貢獻的歸屬問題,我們還可通過考察書中作者的署名情況獲得證據。中國國家圖書館善本部收藏萬歷徐安刻本《古今律歷考》署名為:“陜西副憲安肅邢云路輯;征士滿城魏文魁訂”。既然書名中魏文魁只是“訂”,可見其在書中的貢獻應居于次要地位。同時,《古今律歷考》在被收入《四庫全書》時,則署名為“邢云路撰”,而沒有提及魏文魁,也可以為該書為邢云路所著的觀點提供一個旁證。那種認為《古今律歷考》屬邢云路和魏文魁“相與商榷而成”的觀點,失在未區分二者在《古今律歷考》成書過程中各自貢獻的大小問題。至于認為“邢云路《古今律歷考》,或言本出魏文魁手”的觀點則有失偏頗,因為這種說法完全否認了邢云路在《古今律歷考》成書過程中的主要作用。
關于《古今律歷考》的完稿和出版時間,《古今律歷考》胡來朝“后序”有如下記載:
己亥秋,朝幸備觀察邢公屬,得朝夕上下其論,偶見星流,因扣天文玄決,公手畫圖以示其,其指星辰次舍之詳,歲差分秒之數,若談室中事。其論律歷,配合兩相流貫,又若聯珠合璧,然朝心折者久之,恐異時湮沒無傳,因刻著作以惠來世,公以為然。不數月,而《律歷考》出,披讀再三。(〔9〕,pp.2b-3b)
據此可知,《古今律歷考》書稿至遲在萬歷己亥(1600)秋已經完成。根據“不數月,而《律歷考》出”可推測,其刊刻出版時間當為1600年或者次年。王重民所說《古今律歷考》的萬歷二十八年刻本即當指此版本?!豆沤衤蓺v考》還有多種明刻本,以及《四庫全書》本、《畿輔叢書》本、《叢書集成初編》排印本等,則表明該書在清代以至民國均有比較廣泛的流傳。
二、從《古今律歷考》看邢云路的歷法思想
《古今律歷考》72卷,其主要內容是對古代經籍中的歷法知識以及各部正史律歷志或者歷志中的問題進行總結和評議,重點內容是對《授時歷》和《大統歷》進行研究和評判,“頗具歷法史研究的屬性”。(〔5〕,p.618)通過考察《古今律歷考》的內容,我們將邢云路的歷法思想歸納為以下幾點:
第一,歷法應不斷進行改革的思想。
邢云路在奏請改歷遭受挫折以后,不斷從回顧歷法發展過程的角度來闡發自己主張進行歷法改革的重要性。他借用《周易》中《革》卦的《象》辭所言“澤中有火,革,君子以治歷明時”來論述歷法改革的緣由:
君子觀革之象,知天地乃革之大者也,所以治歷明時。蓋天地革,斯四時成,而其數最難明也。自羲和歷象授時之后,二官失次,七元無紀,春秋有食晦之譏,漢世昧歲差之理,唐宋以來,其法漸密,至元太史郭守敬,乃臻其妙焉。然自元辛巳至今三百余年,消息之法頓亡,歷理之原盡失。斯時也,正澤火當革之時也。昔漢歷凡五變,唐歷凡八改,宋歷凡十六改,使歷可仍舊,何樂改作?然而天運難齊,人力未至,不容不改作也。(〔10〕,pp.1-2)
這里,《象》辭提出的“君子以治歷明時”的觀點經常被后世的歷法家作為自己改革歷法的依據。邢云路對春秋以后歷法的發展描述,意在闡述歷法應該不斷進行改革的思想。至于他所認為的“天運難齊,人力未至”,則因為古歷采用的計算方法是利用有限觀測數據擬合計算公式以預報天象,所以在一定的時期有一定的精度,一般不能長期很好地與天象吻合,所以古歷應經常修正,“不容不改作也”。
第二,歷法數據應隨時實測的思想。
中國古代歷家在描述天體運行規律時,逐漸形成了“先以密測,繼以數推”的治歷指導思想?!?2〕邢云路則結合《授時歷》和《大統歷》中存在的問題,對此思想進行了闡述。他指出,月亮和五星運行的有關常數應隨時實測:
況諸事皆命于歲實,歲實既改,則月策、轉終、交終與五星周,俱亦隨日而改,可也,守敬乃諸事俱仍舊貫,一無所改,遂使后之疇人尋源不得,而愈遠愈差,以至于今也。(〔10〕,p.1104)
這里,邢云路所說《授時歷》月亮、五星計算常數“俱仍舊貫”,是指《授時歷》沿用了金《重修大明歷》中的數據。對于《授時歷》沒有精密測算五星運動的位置問題,梅文鼎也曾指出過,〔13〕但就目前所知,邢云路是最早指出《授時歷》五星運行周期“止錄舊章”者,對歷法的修正具有重要意義。
邢云路還指出了《大統歷》的諸應值未隨時測算的疏漏:
辛巳至今三百余年,而《大統》止遵舊法,一無測改。元統且并其消長削去之,以至中節相差九刻有奇。兼以閏、轉、交三應,雖經元甲午一改,而猶未親密,所當再正。夫應一差,則諸事俱差,而以之步歷,無一可者。(〔10〕,p.1110)
這些評判可以說切中要害,反映了邢云路已經發現了《授時歷》和《大統歷》計算中存在的問題。在此基礎上,通過準確的實測和計算,應當能夠提高歷法計算的準確度。
1607-1608年,邢云路在蘭州進行了立表測影工作以進行回歸年長度的推算,并使用了到當時為止最高的圭表。〔14〕此外,他對候氣說提出了質疑,并無情抨擊了欽天監每年立春時差官赴順天府候氣時造假之事?!?5〕這無疑反映了邢云路主張歷法數據應當隨時進行實測的思想。
第三,恢復《授時歷》立法原理的思想。
邢云路在對正史中的各部歷法進行考證以后,進而闡述了明代的歷法狀況以及對《授時歷》的立法原理進行恢復的重要性:
自古及今,其推驗之精,未有出于此(按:指《授時歷》)者。后元順帝亡,并其歷官,歷術俱沒入沙漠中。我朝存其余法,而失其本源。洪武初,遭元統改易,溷亂其術,遂使至今疇人布算,多所舛錯。余乃因《元史》之舊編,稽前代之故實,繹其端緒,驗諸象緯,以詳著于篇。至其郭守敬之術所未備,并所差失者,余悉補葺訂正。(〔10〕,p.254)
邢云路首先說明元順帝以后《授時歷》歷術失傳,到明代則只有部分余法流傳下來,而歷法的本源則已經失傳。這里,邢云路當指的是明代編纂的《元史歷志》中只記載了《授時歷經》和《授時歷議》兩個部分,而對其“本源”即《授時歷》的立法原理部分則未予收錄的情況。他對明初元統對《授時歷》的改編不滿,認為其“溷亂其術”,所以造成了明代“疇人布算,多所舛錯”的局面。
雖然邢云路同時指出了《授時歷》和《大統歷》的不足,但他仍然認為《授時歷》是古代歷法中精度最高的一部歷法,實際上他在很大的程度上把歷法復興的希望寄托在對《授時歷》的恢復上面。對于《元史歷志》中缺略的《授時歷》有關算法以及存在差錯的地方,則予以補充和訂正。
第四,對歷法以易理為本并牽附律呂黃鐘之數及大衍之數的批評。
邢云路所說的“歷理”與嘉靖年間的周述學在《神道大編歷宗通議》中的“歷理”是相通的,主要是指對日、月、五星和四余中有關歷法計算中若干要素的含義和計算方法進行討論和解釋。而且,他贊同郭守敬的治歷思想,將其概括為“隨時觀象,依法推測;合則從,變則改”。(〔10〕,p.1205)這與《周易》象數學派所說的歷理原于易理的思想存在著顯著區別。他對這種以易理為歷理的做法提出了公開的批評。在《古今律歷考》卷一“律歷配六十四卦”中,邢云路討論了六十四卦與音律、月分、節氣和八卦、節候的配合原則和源流問題,并指出,“此其術也,于歷法何預焉?”(〔10〕,p.8)接著,他詳細介紹了古人以易數附會歷法的學說,他顯然不認為歷數出于易數:“夫是易也,顯道祐神,何物不有,歷故在其中矣。然謂之曰象四時象閏,閱當期之日,象者象其奇偶,當者當其成數也。至于氣朔之分秒,陟降消長,一而不一,則在人隨時測驗以更整之。正其數,即神乎易也。漢史不知,遂以大衍大率之數,牽強湊合,以步氣朔,而謂歷數諸率皆出于此,則非矣”。(〔10〕,p.13)
邢云路還對五代北周王樸欽天歷牽附律呂黃鐘之數的做法進行了否定。(〔5〕,p.619)宋代之后《周易》象數學盛行,相當一部分學者尤其是一些理學家都認為歷理原于易理。〔16〕在這種情況下,邢云路的批判顯得尤其重要。邢云路應當是明代較早做出這種批判的學者。邢云路之后,理學家黃道周曾當面向徐光啟闡“明易歷律之義”,但卻遭到了徐氏的反駁,答曰:“易自是易,律自是律,與歷何干?”〔17〕竟然與邢云路的口氣相近,似乎不能排除徐光啟受到了邢云路的影響。
第五,行星運動受太陽引力控制的思想。
對于日、月、五星在宇宙間的位置關系,中國古代通常將其比作國家的君、皇后和大臣的關系。邢云路利用這種思想,同時結合對傳統歷法計算問題的討論,提出了行星運動受太陽引力控制的思想。〔18〕他在《古今律歷考》卷七十二提出:
月道交日道,出入于六度,而信不爽。五星去而復留,留而又退而伏,而期無失,何也?太陽為萬象之宗,居君父之位,掌發斂之權。星月借其光,辰宿宣其炁。故諸數壹稟于太陽,而星月之往來,皆太陽一氣之牽系也。故日至一正,而月之閏、交、轉,五星之率皆由是出焉。此日為月與五星之原也。(〔10〕,p.1203)
這里,邢云路不但將太陽置于宇宙的中心地位,而且更進一步提出了行星的往來周期運動是因為受到太陽之“氣”的牽引。事實上,在邢云路之前,周述學即已對此思想進行過論述:“黃道既移,而五星只是隨黃道出入不過七八度,可見五星聽命于日也。五星經度疾遲晉(順)逆伏見隨日遠近,而緯度之出入亦隨乎日之遠近。蓋日,君也,五星,臣也,故其聽命有如此。月之晦朔弦望,固隨日之遠近。至于黃赤反復,其道出入黃道相距六度,亦未嘗紊亂,是緯度之變亦隨乎日之南北也。但日為君,而月象后,其遲疾之行則自其有所專制,而不若五星之盡聽命于日耳”?!?9〕我們看到,這種論述只是一種對位置關系的表述,停留在對日、月、五星運行中的運動學描述的層面,并不關心其中的物理機制問題。而邢云路則在此基礎上有所突破,由歷法中日、月、五星位置計算問題進而思考行星運動的物理機制問題。
三、《古今律歷考》的淵源和影響
考察《古今律歷考》的淵源,我們在前引文中看到邢云路曾做過交代:“余乃因《元史》之舊編,稽前代之故實,繹其端緒,驗諸象緯,以詳著于篇”。現在的問題是,除了古代經籍以及歷代正史中的律歷志和歷志外,邢云路還參閱過哪些著作?尤其是對于《古今律歷考》中有自己獨立看法的對《授時歷》和《大統歷》問題的研究,是否還有其他的來源?
對于這個問題,清代有學者認為,《古今律歷考》有抄自周述學《神道大編歷宗通議》之嫌。如,黃宗羲認為:“丙午(1666),見其《歷宗通議》,而后知邢云路《律歷考》所載,皆述學之說,掩之為己有也”?!?0〕類似地,姜希轍在為黃宗羲《歷學假如》所做的序中認為:“然《考》中所載歷議又竊之云淵而不留其姓名,輾轉相掩?!薄?1〕還有黃百家在《明史歷志》中也采用了這種觀點?!?2〕
由上述學者的看法可知,討論《古今律歷考》的淵源問題,關鍵是澄清它與《神道大編歷宗通議》的關系問題。《古今律歷考》根據歷代史志對歷法問題進行討論的思路確與《神道大編歷宗通議》有類似之處,這表明邢云路撰寫《古今律歷考》可能受到了《神道大編歷宗通議》的影響。另一方面,二者在討論《授時歷》的有關問題時,均以《元史歷志》中的《授時歷議》作為基礎,且大量抄錄了《授時歷議》中的原文,而由于《神道大編歷宗通議》出版先于《古今律歷考》,則容易讓人覺得有傳抄的可能性。但是,仔細比較起來,《古今律歷考》與《神道大編歷宗通議》二者也存在諸多不同之處:
其一,《古今律歷考》對經籍中的歷法知識進行了研究,而《神道大編歷宗通議》對此則未涉及;
其二,在對《授時歷》進行討論時,《神道大編歷宗通議》基本沒有超出《元史歷志》的范圍,而《古今律歷考》則除了包括這部分內容外,更對《授時歷》的立法原理問題進行了深入探討,可補《元史歷志》之缺,這是二者之間最明顯也是最重要的一個區別;
其三,對于《授時歷》和《大統歷》的討論,《神道大編歷宗通議》側重于對歷法要素的解釋而且基本沒有超出《元史歷志》的范圍,而《古今律歷考》則對歷法中各種基本天文常數的實際測量方法進行了專門的討論。更為重要的是,《古今律歷考》對《授時歷》的計算方法進行了示例,利于人們掌握推算方法。
此外,在對《授時歷》冬至時刻、回歸年長度以及日、月、五星歷法常數方面的考察,《神道大編歷宗通議》遠不如《古今律歷考》深入。
從以上幾點區別來看,邢云路做了很多《神道大編歷宗通議》所沒有注意到的工作,尤其是可以彌補《元史歷志》之缺的工作顯得更為重要。所以,那種認為《古今律歷考》直接來源于《神道大編歷宗通議》的觀點是有失偏頗的。我們看到,即便二者有些文字有相類似之處,但也不是簡單轉抄,比如我們在上節提到的《古今律歷考》探討行星運動物理機制的問題。
《古今律歷考》出版后,曾使邢云路一度名聲大振。因該書引起禮部的重視,邢云路被邀赴京主持萬歷三十九年到天啟元年(1621)的修歷工作。另一方面,《古今律歷考》為《授時歷》的傳承起到了重要的作用,尤其表現為對黃宗羲《授時歷故》的直接影響。〔23〕以前有學者認為,《授時歷》的許多重要算法是由于黃宗羲的《授時歷故》而保存和流傳下來。比如,“梨洲先生撰《授時歷故》,一依本法推算,其(《授時歷》)所創平立定三差及弧矢割圓諸法,賴此以存,謂非(郭)守敬之功臣歟?”〔24〕這種評價當是由于作序者未注意到《古今律歷考》而做出的。
除此之外,清初歷算家薛鳳祚對于邢云路的工作也十分重視,其《歷學會通》“考驗部”中關于《授時歷》的許多討論都取自《古今律歷考》,亦可見《古今律歷考》在傳承《授時歷》方面的重要作用。
四、結語
以往人們對《古今律歷考》的評價并不高,往往指責其簡單重復前人的工作,甚至持批評和否定的態度。梅文鼎在《勿菴歷算書記》中講道:“從黃俞邰太史虞稷借讀邢觀察云路《古今律歷考》,驚其卷帙之多。然細考之,則于古法殊略,所書《授時》法意,亦多未得其旨,則愚只一得,似尚可存。邢氏書但知有《授時》,而姑援經史以張其說,古歷之源流得失,未能明也,無論西術矣”?!?5〕受梅文鼎影響,阮元、羅士琳也提出了類似的批評。〔26〕
我們認為,梅文鼎對邢云路的評價有失偏頗。邢云路在1597年改歷建議受到壓制之后,潛心研究,寫下這樣一部卷帙浩繁的著作,必然有其良苦的用心。盡管該書從形式到內容都有著很強的歷史研究的意味,但是,邢云路寫作該書的著眼點無疑是他心目中的修正歷法。古代歷法家在改歷時大多先要回顧歷史,結合歷史論述自己的改歷主張,邢云路也是如此,而且他所作的回顧工作在規模上遠遠超越了前人。最為關鍵的是,他在對每部分歷史資料進行總結之后,總會加上自己對某些問題的評論。很顯然,邢云路也是試圖從歷史的系統回顧中去尋找改歷的方略。僅從恢復《授時歷》的計算方法和立法原理問題來看,邢云路是明代最早系統對此問題進行研究的學者,而且梅文鼎和黃宗羲在這方面的工作實際上也沒有超過邢云路的水平,只是盡量減少了疏漏而已。〔27〕所以,梅文鼎在沒有考慮到邢云路研究傳統歷法的時代背景和出發點的情況下,難免發出不當的議論。實際上,早在梅文鼎的觀點提出后不久,就已經有人提出了不同的意見,認為他過于貶低了邢云路的工作。如,《四庫全書總目提要》在對《古今律歷考》所作的提要中認為:“然推步之學,大抵因已具之法而推未盡之奧。前人智力之所窮,正后人心思之所起。故其術愈闡愈精,后來居上。[邢]云路值歷學壞敝之時,獨能起而攻其誤,其識加人一等矣。創始難工,亦不必以未密譏也”?!?8〕我們認為這種觀點比較公允。
〔參 考 文 獻〕
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〔21〕[清] 黃宗羲. 歷學假如,書首. 續修四庫全書,第1040冊. 上海古籍出版社,1995. 62.
〔22〕[清] 黃百家. 明史歷志卷下. 抄本,出版年代不詳,中國科學院圖書館藏. 76b-77a.
〔23〕楊小明. 清代浙東學派與科學. 中國科技大學博士學位論文,1996年5月. 34-37.
〔24〕[清] 黃宗羲. 授時歷故. 續修四庫全書,第1040冊. 上海:上海古籍出版社,2000. 59.
〔25〕[清] 梅文鼎. 勿菴歷算書記. 景印文淵閣四庫全書,第795冊. 臺北:臺灣商務印書館,1983. 963-964.
要講哥白尼的日心說,先要講講地心說?!疤靾A地方”的說法比地心說還要早,國外追溯到了15世紀,地心說理論才比較嚴密地建立起來。它實際上是要拿這個理論來解釋看到的天象。為什么有這個興趣?我想有兩個原因,一個原因是農業,那時候社會的大部分經濟活動都是農業活動,農業生產需要計算時間,按中國的說法叫“節氣”,必須算準什么時候播種,什么時候收獲;再一個原因,從當時的科學水平看還有占卜的意圖,希望從天象上預告未來,這從某種意義上說是對的,按照天象來預測來年的農業影響,只是當時他們做出了一個完整的理論系統來做這個事。
1559年,根據托勒密的理論畫出的三維圖,還是地球在中間。往外分布的,當時已經發現的包括水星、金星、太陽、火星、木星、土星。因為他覺得地心說有的問題已經不能解釋了,星球之間轉動的時候,不是在一個平面上這么簡單,光是一個平面的運動已經刻畫不了了,所以用三維來刻畫,但還是想象地球在中間,太陽等其他星球繞著地球轉。其實這個很容易理解,符合當時的科學發展水平。即使咱們現在小的時候你去感覺的話,直觀地感覺成這樣還是對的。在當時看來這是天經地義的事情。這是在古希臘發現的一個圖,是在天主教會發現的,是當時對世界看法的正統觀念。
這是國外的情況。國內的情況是,我們國家古代的天文觀測非常發達,在當時是第一流的。我國是最早記載哈雷彗星的,在公元前613年,這是國際上最早的。你們到大學二年級就會學到拉普拉斯方程,拉普拉斯是法國18到19世紀的數學家。那個時候數學家和物理學家是不分的,拉普拉斯寫了一本書叫做《宇宙體系論》,第一部分就講最早的有意義的天文觀測記錄,實際上就是那個我國春秋時期提到的哈雷彗星的出現。這是最早的,可以算出來那個時間觀測到的就是哈雷彗星。我想這能反映當時我國古代的天文觀測非常發達,這個觀測的目的當然主要就是包括頒布歷法。秦漢以來我國頒布了100多部歷法,包括祖沖之這些人,實際上很大的工作都是算歷法。
我們前面提到的“天圓地方”實際上不是地心說的概念。地心說的概念比這要晚,一般有兩個說法,一個是蓋天說,一個是渾天說。這是古代地心說的概念。《晉書》中提到,天是一個穹形,地也是一個穹形,地在中心,天在外面,相當于是兩個同心球。渾天說的提出者是張衡,“渾天如雞子,天體圓如彈丸,地如雞子中黃”,相當于把地看成是一個蛋黃。這個想法基本上和地心說是一致的,當時包括測量天體運行的周期之類的很多做法,都是從這個基本理論出發來做的。比如祖沖之他們都計算得非常精確,和現在算的也就是一兩分鐘的誤差了。
哥白尼是教士,當然現在我們說他是天文學家,他是第一個提出日心說的。實際上也不是第一個,曾經有人提出過但沒有他這么大的影響。他是嚴格地建立了日心說的理論,在此之前他已經在各處講他的理論了。1543年,他大約70歲左右去世,去世的那一天才拿到給他寄來的這本書。但實際上40歲以后他已經在歐洲的天文學界有相當的聲望,他去羅馬教廷講課其中已經涉及日心說的理論,并不是我們想象的那樣,一提日心說馬上教廷就要把你關起來,情況不完全如此,有各種原因??串敃r的歷史就會知道,哥白尼在那個時候已經得到了天文學界和教廷比較廣泛的尊重,被認為是一流的了。他的書一共是七卷,第一卷主要是理論,后面幾卷主要是計算各種天體的位置,談日心說對還是地心說對。哥白尼當時計算得非常準,他算出的地球公轉周期是365天6小時9分40秒,比現在精確值多了30秒,這是500年前的結果。他得到的月亮到地球的平均距離,是地球半徑的60.3倍,和現在的60.27倍相比,誤差也非常小。由于他的杰出成就,已經在歐洲受到了非常廣泛的尊重。
現在我要提的就是,為什么他要提出日心說?當時地心說也蠻好的,可以很好地解決這些事,那么他為什么要做這件事?為什么要考慮日心說呢?(學生:因為地心說已經解決不了一些問題了,所以需要哥白尼創立日心說去解釋一些地心說不能解釋的問題。)回答得很好,肯定是前頭的理論不能解決一些問題。實際上,建立日心說不是為了單純的創新,也不是為了理論的漂亮,也不是為了謀得更高的利益和名譽,而是因為當時有兩個不能解決的最大的問題。第一個問題是水星和金星的出現。金星是早晨和傍晚出現,白天、晚上看不見,火星、木星和土星是整個夜間都能看到。如果地球是中心,所有星辰繞著地球轉,應該是要看見都能看見,看不見的時候都看不見,不會發生一部分看得見,一部分看不見的情況。第二個問題是火星的逆行。實際上這些行星是從西向東運動,我們看到太陽從東往西運動是因為地球自轉的參照。如果你把太陽的位置每天標記下來,可以發現實際上太陽在從西往東走。而如果你去標注火星的位置,你會發現有一段時間它會往回走。走了一兩個月它又返回去,這是地心說不能解釋的。實際上,哥白尼還發現一些其他不能解釋的問題,他希望有一個新理論解決這些問題。
火星逆行的意思就是從西往東運動,如果每天標記的話,會發現有段時間它倒著走,走了一段時間又回來往前走。這是以恒星作為參考系來看火星的運動。所以按照托勒密的理論,這些現象都沒法解釋,用哥白尼的理論就可以把這個問題解釋清楚。為什么?行星本身是不發光的,我們看到它是反射的光。比如咱們站在地球上,你要是在白天的話肯定什么都看不見,因為太陽太亮,不會給你反射過來。你在夜間看到火星的原因是你背著太陽,太陽光照著火星,火星再反射過來。金星在白天太陽光照到它,反射無效,太陽自己太亮,你只能看到太陽的亮光,所以也看不到它。要是早上和傍晚,太陽光斜著照它時才能把光反射回來。這是金星和火星能看見不能看見的最大差別,用日心說就能解釋這件事。
火星逆行問題要復雜得多,主要是兩個原因,一是因為地球和火星繞日旋轉的周期不同,地球的公轉周期是365天,火星的公轉周期是687天,火星的公轉周期長。二是它對太陽的公轉半徑比地球對太陽的半徑要大,在地球的外側。根據現代測量的結果,太陽的半徑是696000公里,火星很小,半徑3000多公里,到地球最小距離約5500萬公里。當時哥白尼所看到的這些,就能解釋為什么火星會往回轉了。原因就是其一周期不同,其二距日半徑不同。這是哥白尼要提出日心說最重要的原因,他發現原有理論的不足才會考慮修正或者原來的理論。
當時關于天體運動的研究有了重大的發展,其中一個重要人物是開普勒。他最重要的發現就是行星運動的橢圓軌道,橢圓曲線有兩個焦點,在橢圓軌道上有一點到兩點的距離的和是定長,這是橢圓的定義。他發現行星的運動是橢圓,而且是把太陽放在它的焦點上,后面涉及的物理、數學的東西多了,這里不詳細介紹。這些都是開普勒當時做了大量的計算發現的定律。在這之后一個重要的科學家是牛頓,他建立了微積分學,實際上是把開普勒發現的現象用理論解釋,同時再用這個理論預測下一步發生什么現象。他在1687年發表的《自然哲學》,對開普勒的發現進行了嚴格的證明。用牛頓的三大定律解釋,第一是慣性定律,第二是作用在物體上的力等于質量乘以加速度,第三是兩個物體之間的作用力和反作用力,在同一直線上,大小相等,方向相反。從這三個定律出發,就可以證明從數學角度嚴格地說開普勒是正確的,他用方程測算了行星的運動。
下面介紹海王星發現的過程,這里會更注重介紹它的數學背景。海王星現在被認為是最遠的一顆行星。冥王星已經被認為不是行星了,只是一顆很小的小行星,不是真正的大行星。1781年發現了天王星,是通過觀測發現的。發現之后在歐洲出了新的星圖,每次都把觀測到的新行星標出來,之后按照牛頓的方程計算這些行星在一段時間之后能走到什么地方,就可以精確地算出來,知道其對其他現象的影響。但計算完以后,天王星的算法和觀測結果不同,說明外面還有個大的行星,引力影響到它了。后來發現了海王星。天王星為什么往外跑,因為外面有一個海王星。實際上要算一個天體的運動需要六個變量,現在已經忽略很多。當時發現算上海王星是行星,要算海王星,其他再忽略不計也應該是九個。要把這些都算出來,而且海王星也受到其他星體的吸引,需要精確的數據測得其他這些星體的運轉規律和準確位置,然后反推海王星應該在什么地方。
你可以想象當時沒有計算機,完全靠手算,這是相當不容易的事。1843年劍橋大學的一個畢業生叫亞當斯,他算出了天王星的位置,把結果交給了格林尼治,它是當時非常有名的天文臺。當然他并沒有詳細地論證計算過程,沒有引起科學家重視。幾乎是同時,法國天文臺的羅威業也研究了這個問題。法國有個科學院每年征集論文評獎,他的論文提交給了巴黎科學院。之后1946年又做了第二篇論文,做了精確的計算。這時格林尼治也注意到了羅威業的論文的重要性,這件事要去做。首先你要知道這些行星在天空的分布,要觀測發現哪顆是新的,而且要判斷是不是以前觀測過的。實際上這時的格林尼治天文臺做不了這個事,它沒有最新的星圖。柏林天文臺剛剛做出最新的星圖,羅威業說服了柏林天文臺,他們拿到羅威業論文的當晚就找到了這顆行星,就在羅威業計算的位置角度誤差不到1度,和亞當斯預測的大約差了10度。所以發現海王星以后,英國和法國兩邊都在爭這件事,最后就說他們兩個同時發現的。
從這些發現可以看出,首先你要掌握現有的理論,你要發現問題,發現不足,有相當的基礎才可以做這個事。所以愛因斯坦在紀念牛頓誕辰300周年的文中寫過這樣的話,這段話寫于1942年,即使今天看來也是非常重要的:“那些為天才繼續發展所不可缺少的工具,主要來自于對星空的觀察。像牛頓那樣有創造能力的思想家,他們的思想如星空展翅高飛?!?/p>
一.
關于“儒家”,《漢書藝文志》作了較為全面的概述和界定:“儒家者流,……助人君順陰陽、明教化者也;游文于六經之中,留意于仁義之際,祖述堯舜,文武,宗師仲尼,以重其言,于道最為高”。從這段總括性的論述中可以看出,原創儒家有三個主要的特點,這就是:求道、為學、致用。
首先,儒家重視求道,“于道最為高”。從《論語》中可以看出,孔子一生致力于求道。《論語學而》說:“子曰:君子食無求飽,居無求安,敏于事而慎于言,就有道而正焉,可謂好學也已?!薄墩撜Z衛靈公》說:“子曰:君子謀道不謀食;耕也,餒在其中矣;學也,祿在其中矣。”《論語里仁》說:“子曰:“朝聞道,夕死可矣?!憋@然,求道是孔子一生的追求??鬃拥摹暗馈?,主要講的是為人處世之道??鬃诱f:“君子道者三,……仁者不憂;知者不惑;勇者不懼。”(《論語憲問》)又說:“有君子之道四焉:其行己也恭,其事上也敬,其養民也惠,其使民也義?!保ā墩撜Z公冶長》)但最重要的是“忠恕之道”, 曾子曰:“夫子之道,忠恕而已矣。”(《論語里仁》)
孔子之道,為思孟學派以及后來的《易傳》所發揮,從而形成了儒家的“天人合一”之道?!吨杏埂吩唬骸拔ㄌ煜轮琳\,為能盡其性;能盡其性,則能盡人之性;能盡人之性,則能盡物之性;能盡物之性,則可以贊天地之化育;可以贊天地之化育,則可以與天地參矣。”并且認為,“仲尼祖述堯舜,文武。上律天時,下襲水土。辟如天地之無不持載,無不覆幬。辟如四時之錯行,如日月之代明”。孟子說:“盡其心者,知其性也。知其性,則知天矣?!保ā睹献颖M心上》)《易傳》曰:“大人者,與天地合其德,與日月合其明,與四時合其序,與鬼神合其吉兇?!保ā吨芤浊难浴罚┎⑶颐鞔_提出天道、地道與人道統一的 “三才之道”(《周易系辭下傳》)。
正因為儒家講的“道”是人道與天道的統一,是“天人合一”之道,所以,儒家又重視“天”,重視研究天地自然,從而形成了儒家的自然觀,主要包括:思孟學派的陰陽五行自然觀、荀子的氣論自然觀和《易傳》的陰陽八卦自然觀,充分表明儒學融合自然之道。雖然從現代科學的角度看,儒家的這些自然觀并不能算作是科學,但是在中國古代,陰陽五行自然觀、氣論自然觀以及陰陽八卦自然觀一直是古代科技的思想基礎,是中國古代科技的重要組成部分。
其次,儒家重視為學,“游文于六經之中”。孔子作為教育家,要求自己和學生有廣博的知識。《論語雍也》說:“子曰:“君子博學于文,約之以禮?!笨鬃又v“博學”,主張“多聞,擇其善者而從之,多見而識之”(《論語述而》),具有知識論傾向;不僅要求學習社會文化,學習倫理道德方面的知識,而且也包括學習自然方面的知識,從而使學生成為“志于道,據于德,依于仁,游于藝”(《論語述而》)的君子。這里的“游于藝”,就是學習“六藝”,即禮、樂、射、御、書、數,其中的“數”實際上包括了古代的數學知識。而且,孔子還要求學生“多識于鳥獸草木之名”(《論語陽貨》);思孟學派和荀子的著作以及《易傳》等也廣泛涉獵自然知識。
正因為儒家重學,也重視自然知識,包容科技,先秦儒家自孔子開始就十分重視對于古代科技著作的研究。他們所整理、研究以及撰寫的著作中,《夏小正》、《禹貢》、《月令》等都是當時重要的科技著作,《詩經》、《堯典》、《周禮》等也都包含了豐富的科技知識。先秦儒家把科技知識包容于儒學之中,而這些科技著作以及科技知識事實上成為后世儒家學習和研究科技的知識基礎。
再次,儒家重致用??鬃又厝说馈⒅貙W問,最后又落實到致用上。在為政方面,孔子講“道之以德,齊之以禮”(《論語為政》),講道德教化;同時也講“因民之所利而利之”(《論語堯曰》),講利民。這一思想后來被孟子發展成為“仁政”。孟子認為,施行仁政,首先要“制民之產”。他說:“明君制民之產,必使仰足以事父母,俯足以畜妻子,樂歲終身飽,兇年免于死亡。然后驅而之善,故民之從之也輕?!保ā睹献恿夯萃跎稀罚┮蚨l展農業生產,要“不違農時”;“不違農時,谷不可勝食也;數罟不入洿池,魚鱉不可勝食也;斧斤以時入山林,材木不可勝用也;谷與魚鱉不可勝食,材木不可勝用,是使民養生喪死無憾也”(《孟子梁惠王上》)。在儒家看來,講“仁政”,就要發展農業生產,當然也就離不開發展農業科技。
儒家講民本,最終又要落實到發展農業,發展農業科技;與發展農業相關,又要研究天文學、地理學以及數學等等。這表明儒家本身具有發展科技的內在要求,儒家文化與科技密切相關。在中國古代科技體系中,農業科技以及與之相關的實用科學發展較快,其原因概在于此。
二.
原創儒家具有的求道、為學、致用的特點,使得儒學融合科學于一體。而且,后世儒家在發展儒學的過程中,大體上繼承了這個重要的傳統,只是在各個時期,儒家的側重點有所不同。從儒學發展史看,歷代都有儒家學者研究自然、研究科技,對中國古代科技的發展做出直接的貢獻。
漢代儒家確立了儒家的經學傳統,較多地發揮儒家為學包括研究科技知識的特點。漢代經學家在整理和研究儒家經典時,把包含有古代科技知識的儒家著作也確立為經典。按照中國古代數學、天文學、地理學、醫藥學和農學五大學科的分類,《周易》等著作中包含有某些數學知識,《詩經》、《尚書堯典》、《大戴禮記夏小正》、《禮記月令》以及《春秋》等著作中包含有某些天文學的知識,《尚書禹貢》、《周禮夏官司馬職方》等著作中包含有某些地理學知識,《周易》、《禮記月令》等著作中包含了與醫學有關的知識,《詩經》、《大戴禮記夏小正》、《禮記月令》等著作中包含有農學知識。尤其是,漢代經學家還把春秋時期的技術著作《考工記》補入《周禮》,列為儒家經典。漢代儒家在整理和研究儒家經典的過程中,對其中的科技知識進行注釋和發揮,實際上也是一種科學研究。
漢代儒學包容科學,不僅表現為漢儒所確立的儒家經典中包含古代科技著作和科技知識,而且,漢代有不少儒家直接參與科學研究,甚至成為那個時代的科學家。漢代儒家普遍對天文歷法感興趣,并有所研究,這不僅有其政治方面的原因,也與儒家講“天人合一”有著密切的關系。李約瑟說:“天文和歷法一直是‘正統’的儒家之學?!盵 ]筆者以為,至少在漢代可以這么說。在漢代儒家中,對天文學頗有研究的,至少有揚雄、桓譚、劉歆、賈逵等。揚雄對天文學很有興趣,主張渾天說,并提出“難蓋天八事”。桓譚對天文學也頗有研究,在宇宙結構問題上,反對蓋天說,主張渾天說。揚雄和桓譚對于渾天說取代蓋天說的地位起到重要的作用。后來的儒家學者劉歆修《三統歷》,被認為是“我國古代流傳下來的一部完整的天文學著作”,“世界上最早的天文年歷的雛形”。[ ]賈逵在天文學上頗有造詣,他所參與修訂的東漢四分歷比以往各家歷法有顯著的進步。
宋學確立了儒家的道學傳統,較多地發揮了儒家求道包括求自然之道的特點。宋學家在當時中國古代科技發展至高峰的背景下,大都深入學習和研究當時的科技。邵雍、張載、二程以及朱熹都對自然現象有過研究。
朱熹的“理”一開始就具有科學的內涵,它既是形而上的“太極”,又是具體事物包括自然事物的規律,因而也包括了自然規律在內;所以,朱熹理學既是心性之學,又是自然學。這正是對原創儒學“天人合一”的發展。此外,朱熹對于儒家“格物致知”的詮釋,使之包含了格自然之物的內涵,賦予了科學的意義。朱熹說:“天地中間,上是天,下是地,中間有許多日月星辰、山川草木、人物禽獸,此皆形而下之器也。然這形而下之器之中,便各自有個道理,此便是形而上之道。所謂格物,便是要就這形而下之器,窮得那形而上之道理而已?!保ā吨熳诱Z類》卷六十二)“上而無極、太極,下而至于一草、一木、一昆蟲之微,亦各有理。一書不讀,則闕了一書道理;一事不窮,則闕了一事道理;一物不格,則闕了一物道理。須著逐一件與他理會過。”(《朱子語類》卷十五)可見,在朱熹廣泛的格物中,也包括格自然之物。朱熹非常強調研究自然現象,把握自然之理。他說:“雖草木亦有理存焉。一草一木,豈不可以格。如麻、麥、稻、粱,甚時種,甚時收,地之肥,地之蹺,厚薄不同,此宜植某物,亦皆有理?!保ā吨熳诱Z類》卷十八)“歷象之學自是一家,若欲窮理,亦不可以不講?!保ā吨煳墓募肪砹洞鹪鵁o疑》)“小道不是異端。小道亦是道理,只是小。如農圃、醫卜、百工之類,卻有道理在?!保ā吨熳诱Z類》卷四十九)更為重要的是,朱熹還運用“理”的概念直接研究自然、研究科學,在天文學領域取得重要的成就。他提出了以“氣”為起點的宇宙演化學說,提出了地以“氣”懸空于宇宙之中的宇宙結構學說以及天有九重和天體運行軌道的思想,在中國天文學史上具有重要的價值。[ ]
明清之際,西方科學傳入中國。明清時期尤其是明清之際的儒家,較多地發揮了儒家經世致用的傳統。他們或者以“格物致知”的名義融合科學、研究科學,或者打著“西學中源”的旗號學習西方科學,會通中西。清代的儒學即使在最后轉變成為專注于考據訓詁的經學,也依然以特殊的方式研究科學。當時的儒家對于西方科學雖有不同態度,但總體上持積極吸納的態度,在一定程度上促進了中國古代科技的近代化。
明清之際的儒家學者黃宗羲撰寫了不少科學著作,其中天文學、數學類著作“有《授時歷故》一卷,《大統歷推法》一卷,《授時歷法假如》一卷,《西歷假如》、《回歷假如》各一卷外,尚有《氣運算法》、《勾股圖說》、《開方命算》、《測圓要義》諸書共若干卷”[ ];地學類著作有《今水經》、《四明山志》、《臺宕紀游》、《匡廬游錄》等;還有《律呂新義》及其它科學著作。清初儒家學者李光地對天文歷算有特殊的愛好,與當時的天文學家、數學家梅文鼎交往甚密。在與梅文鼎的交往過程中,李光地對天文學也作了深入的研究,其天文歷法類著作主要有:《歷象要義》、《歷象合要》、《歷象本要》等,主編《御定星歷考原》、《御定月令輯要》等;還有論文《記太初歷》、《記四分歷》、《記渾儀》、《算法》、《歷法》、《西歷》等。清代考據學大師戴震“凡天文、歷算、推步之法,測望之方,宮室衣服之制,鳥獸、蟲魚、草木之名狀,音和、聲限古今之殊,山川、疆域、州鎮、郡縣相沿改革之由,少廣旁要之率,鐘實、管律之術,靡不悉心討索。”[ ]并且撰寫了大量的科技著作,其中有天文歷法類著作:《原象》、《續天文略》、《迎日推策記》、《九道八行說》、《周禮太史正歲年解》、《周髀北極璿璣四游解》、《記夏小正星象》、《歷問》、《古歷考》等;數學類著作:《勾股割圜記》、《策算》等;地學類著作:《水地記》、《直隸河渠書》、《汾州府志》等;技術類著作:《蠃旋車記》、《自轉車記》、《釋車》、《考工記圖》等。清代著名的漢學家焦循是與汪萊、李銳齊名的重要數學家。[ ]《疇人傳》“續編”說:“尚之(李銳)在嘉慶間,與汪君孝嬰(汪萊)、焦君里堂(焦循)齊名,時人目為談天三友?!盵 ]焦循的數學著作有:《加減乘除釋》、《天元一釋》、《釋弧》、《釋輪》、《釋橢》、《開方通釋》等。此外,焦循還有《禹貢鄭注釋》、《毛詩地理釋》、《毛詩鳥獸草木蟲魚釋》、《李翁醫記》等科學類著作。
縱觀儒學發展的歷史可以看出,歷代都有儒家學者研究自然、研究科技,并撰寫科技著作,把科學與儒學融合在一起。
三.
儒學融合科學,然而在儒學體系中,科學只是其中不可缺少的一個部分,并不占據主導地位。雖然儒家也需要研究天地自然,但是,這種研究本身并不是目的,而只是儒家最終把握“形而上之道”的手段。對于儒家來說,科學既不是可有可無,也不是最為重要。儒家既不反對科學,也不將科學擺在首要的位置上。尤其是當科學與儒學發生矛盾時,當需要對科學與儒學的重要性作出比較和權衡時,科學往往處在次于儒學的地位。
正因為如此,儒家對于科學的態度往往會受到今天推崇科學的人們的誤解。甚至李約瑟也認為,“在整個中國歷史上,儒家反對對自然進行科學的探索,并反對對技術作科學的解釋和推廣?!盵 ]并以孔子反對樊遲學稼加以說明。其實,孔子反對“樊遲學稼”是否可以用來證明儒家反對科技,則需要作進一步的分析。
據《論語子路》記載:樊遲請學稼。子曰∶“吾不如老農。”請學為圃。曰∶“吾不如老圃?!狈t出。子曰∶“小人哉,樊須也!上好禮,則民莫敢不敬;上好義,則民莫敢不服;上好信,則民莫敢不用情。夫如是,則四方之民襁負其子而至矣;焉用稼!”然而,孔子反對樊遲學稼,只是因為在孔子看來,義的價值要高于利,道德的價值要高于實際的技能;只是就義與利、道德與實際技能相比較而言的;并不是不要利,不要實際技能,而是不要只講利,只講技能。因此,孔子反對樊遲學稼并不存在反對科技、鄙視科技的問題。
從古代科技尤其是古代農業科技的發展看,孔子反對樊遲學稼實際上并沒有產生多少負面的影響。北魏時期的重要農學家賈思勰撰重要的農學著作《齊民要術》,其中說道:“樊遲請學稼,孔子答曰:‘吾不如老農?!粍t圣賢之智,猶有所未達,而況于凡庸者乎?”[ ]按照賈思勰的理解,孔子因自以為在農業生產上不如老農,所以才無法教授樊遲學稼;而且,連孔子都不如老農,那么凡庸者就更是如此,所以應當學習農業科技。唐代重要的農學家陸龜蒙著《耒耜經》,其在“序”中說:“孔子謂:‘吾不如老農’,信也。因書為《耒耜經》以備遺忘,且無愧于食。”[ ]陸龜蒙認為,孔子說自己不如老農,這是實話,所以應當要研究農學。宋代重要的農學家陳旉著《農書》,有洪興祖作“后序”,其中引陳旉所說:“樊遲請學稼,子曰:‘吾不如老農?!仁ブ裕嶂疽玻环t之學,吾事也;是或一道也?!盵 ]顯然,孔子反對樊遲學稼實際上并沒有成為古代農學家研究農業科技的障礙。無論對農學家們的解釋作如何評價,無論他們的解釋在今天的一些人看來是多么的“不符合”邏輯,但至少可以肯定,他們沒有把孔子反對樊遲學稼與他們研究農業科技對立起來,也就是說,孔子反對樊遲學稼實際上并沒有對古代農業科技的發展帶來多大的負面影響。
朱熹也曾說過:“格物之論,伊川意雖謂眼前無非是物,然其格之也亦須有緩急先后之序,豈遽以為存心于一草木器用之間而忽然懸悟也哉!且如今為此學而不窮天理、明人倫、講圣言、通世故,乃兀然存心于一草木一器用之間,此是何學問!如此而望有所得,是炊沙而欲其成飯也?!保ā吨煳墓募肪砣拧洞痍慅R仲》)如果僅從字面上理解,這段文字只是講研究自然當在“窮天理、明人倫、講圣言、通世故”之后,不可“兀然存心于一草木一器用之間”,并沒有反對研究自然之意。但是,他用“炊沙而欲其成飯”之詞,似有輕視科學之嫌。
然而需要指出的是,據當今學者陳來先生所著《朱子書信編年考證》,朱熹的此段文字寫成于“丙戌冬”(1166年,朱熹36歲),[ ]當為朱熹早期言論,在他后來的著述中,類似的言論幾乎不復出現。
朱熹于47歲(1177年)寫成的《論語集注》對孔子所言“志于道,據于德,依于仁,游于藝”進行注釋時說:“游者,玩物適情之謂。藝,則禮樂之文,射、御、書、數之法,皆至理所寓,而日用之不可闕者也?!保ā墩撜Z集注述而》)后據周謨“己亥(1179年,朱熹49歲)以后所聞”,朱熹曾經在比較“志于道,據于德,依于仁,游于藝”四者的輕重時說:“‘游于藝’一句,比上三句稍輕,然不可大段輕說。如上蔡云‘有之不害為小人,無之不害為君子’,則是太輕了。古人于禮、樂、射、御、書、數等事,皆至理之所寓。游乎此,則心無所放,而日用之間本末具舉,而內外交相養矣?!保ā吨熳诱Z類》卷三十四)從朱熹此時對于程門弟子謝良佐的批評可以看出,朱熹認為儒家的“六藝”“皆至理之所寓”,絕不是可有可無。
另據陳淳“庚戌(1190年,朱熹60歲)、己未(1199年,朱熹69歲)所聞”,朱熹晚年明確指出:“小道不是異端。小道亦是道理,只是小。如農圃、醫卜、百工之類,卻有道理在。只一向上面求道理,便不通了?!保ā吨熳诱Z類》卷四十九)可見,朱熹晚年對于學習農圃醫卜之類的“小道”明確持肯定態度。
從朱熹對待研究自然、學習“六藝”的態度變化可以看出,朱熹同樣也是重視“小道”、重視“六藝”的,根本沒有反對、鄙視之意,只是有先后、緩急之別而已。
由此可見,儒家視科技為“小道”,這只是與儒家形而上之“大道”相比較而言的,只是大小的“小”。與此相類似,有關“玩物喪志”、“雕蟲小技”之類的說法,也都只是表明儒家視道德更重于科技。應當說,儒家并不反對學習科技知識,而只是反對輕視道德一味地沉迷于科技之中。
至于“奇技巧”的說法,應屬另外一類?!捌婕记伞钡恼f法出自《禮記王制》。其中說:“作聲、異服、奇技、奇器以疑眾,殺?!薄渡袝┦摹芬灿小白髌婕记梢詯倠D人”的說法。其實,這里的“奇技”、“奇器”或“奇技巧”是有所指的,主要是指無益于國計民生的、蠱惑人心或只是取悅于人的技法,并不是指所有的科技。當然,不排除有些科技的東西被歷史上的某些儒家學者視作“奇技巧”,但是,同樣也有一些儒家學者反對把科技視作“奇技巧”。明清之際,重要的儒家學者李光地明確反對把西方人的科技視作“奇技巧”。他說:“西洋人不可謂之奇技巧,蓋皆有用之物,如儀器、佩觽、自鳴鐘之類。《易經》自庖犧沒,神農作;神農沒,堯舜作,張大其詞,卻說及作舟車、耒耜、杵臼、弧矢之類,可見工之利用極大?!吨芄佟芬槐尽犊脊び洝罚f車?!盵 ]因此,籠統地說儒家視科技為“奇技巧”是不符合事實的。
所謂儒家“重道輕藝”之說,如果就比較和權衡“道”與“技藝”孰重孰輕而言,儒家的確如此;但如果以此認為儒家輕視“技藝”,顯然是一種誤解。與這種誤解相類似,儒家還被說成是“重義輕利”。其實儒家講“重義輕利”是有特定含義的。孔子講“富與貴是人之所欲也,不以其道得之,不處也;貧與賤是人之惡也,不以其道得之,不去也”(《論語里仁》),講“因民之所利而利之”,顯然,儒家并不是不講“利”,而是要在義與利發生沖突時“重義輕利”。同樣,孔子講“志于道,據于德,依于仁,游于藝”;漢代的揚雄講“通天、地、人曰儒;通天、地而不通人曰技”[ ];朱熹講科技“亦是道理”;充分表明儒家并不輕視“技藝”,而是包容著“技藝”。因此,無論是“重義輕利”,還是“重道輕藝”,其中的“輕” 都并非指輕視之“輕”,更多的是在對二者進行比較權衡時的輕重之“輕”,是相對而言的。
從總體上看,儒家講求道、為學、致用都要求研究自然,都離不開學習和研究科技、運用科技,因此,儒學融科學于一體,具有科學的內涵;與此同時,研究自然、學習和研究科技只是儒家把握“形而上之道”的一種手段,只是相對次要的方面;所以,在儒學中,科技只是“小道”,必須服從于儒家的“大道”。正因為儒學具有科學的內涵,包含有研究自然、學習和研究科技的要求,儒家自一開始就把研究自然、學習和研究科技當作建立和發展儒學體系所必不可少的重要工作,無論是先秦儒家還是漢代經學家、宋學家,乃至明清之際的儒家,他們中的許多人都曾在一定程度上以不同方式研究過古代科技。這一切都表明儒家與古代科技并非對立。
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朱熹對天文現象的思考很早就已開始。據朱熹門人黃義剛“癸丑(1193年,朱熹63歲)以后所聞”和林蘷孫“丁巳(1197年,朱熹67歲)以后所聞”,朱熹曾回憶說:“某自五、六歲,便煩惱道:‘天地四邊之外,是什么物事?’見人說四方無邊,某思量也須有個盡處。如這壁相似,壁后也須有什么物事。其時思量得幾乎成病。到而今也未知那壁后是何物?”[ ]可見,朱熹從小就關心天文,直到晚年仍對此難以忘懷,并孜孜以求。
然而,朱熹在其早期的學術生涯中,并沒有進行天文學的研究。朱熹早年除讀儒家經典外,“無所不學,禪、道文章,楚辭、詩、兵法,事事要學”[ ]。紹興三十年(1160年,朱熹30歲),朱熹正式拜二程的三傳弟子李侗為師,開始潛心于儒學,并接受李侗以“默坐澄心”于“分殊”上體認“理一”的思想。
據《朱文公文集》以及當今學者陳來先生所著《朱子書信編年考證》[ ],朱熹最早論及天文學當在乾道七年(1171年,朱熹41歲)的《答林擇之》,其中寫道:“竹尺一枚,煩以夏至日依古法立表以測其日中之景,細度其長短?!盵 ]
測量日影的長度是古代重要的天文觀測活動之一。最簡單的方法是在地上直立一根長八尺的表竿,通過測量日影的長短來確定節氣;其中日影最短時為夏至,最長時為冬至,又都稱為“日至”。與此同時,這種方法還用于確定“地中”?!吨芏Y?地官》載:“以土圭之法測土深,正日景以求地中。……日至之景,尺有五寸,謂之地中。”意思是,在夏至日中午測得日影為一尺五寸的地方,此地便是“地中”。而且,從“地中”向北,每一千里則影長增一寸;向南,每一千里則影長減一寸。這就是《周髀算經》所謂“周髀長八尺,勾之損益寸千里”。這一說法到南朝以后受到懷疑;唐朝的一行和南宮說通過不同地區日影的測量,進一步予以糾正。朱熹要其弟子林擇之協助測量日影,顯然是要比較不同地區日影的長短,其科學精神可見一斑。
在同年的《答蔡季通》中。朱熹寫道:“歷法恐亦只可略說大概規模,蓋欲其詳,即須仰觀俯察乃可驗。今無其器,殆亦難盡究也?!盵 ]
蔡季通,即蔡元定(1135~1198年);建陽(今屬福建)人,學者稱西山先生;精于天文、地理、呂律、象數,著作有《律呂新書》、《大衍詳說》等;為朱熹“四大弟子( 蔡元定、黃干、劉爚、陳淳)”之首。蔡元定的年齡僅比朱熹小5歲,并在天文學等科學上有所造詣,很受朱熹的器重。從以上所引《答蔡季通》可知,當時朱熹正與蔡元定討論天文歷法,并且認為,研究歷法必須用科學儀器進行實際的天文觀測。
淳熙元年(1174年,朱熹44歲),朱熹在《答呂子約》中寫道:“日月之說,沈存中筆談中說得好,日食時亦非光散,但為物掩耳。若論其實,須以終古不易者為體,但其光氣常新耳?!盵 ]顯然,朱熹在此前已研讀過北宋著名科學家沈括的《夢溪筆談》,并對沈括的有關天文學的觀點進行分析。胡道靜先生認為,在整個宋代,朱熹是最最重視沈括著作的科學價值的唯一的學者,是宋代學者中最熟悉《夢溪筆談》內容并能對其科學觀點有所闡發的人。[ ]
淳熙十三年(1186年,朱熹56歲),朱熹在《答蔡季通》中寫道:“《星經》紫垣固所當先,太微、天市乃在二十八宿之中,若列于前,不知如何指其所在?恐當云在紫垣之旁某星至某星之外,起某宿幾度,盡某宿幾度。又記其帝坐處須云在某宿幾度,距紫垣幾度,赤道幾度,距垣四面各幾度,與垣外某星相直,及記其昏見,及昏旦夜半當中之星。其垣四面之星,亦須注與垣外某星相直,乃可易曉?!缎墙洝房筛度绠吰涫路?甚愿早見之也。近校得《步天歌》頗不錯,其說雖淺而詞甚俚,然亦初學之階梯也。”[ ]可見,當時朱熹正與蔡元定一起研究重要的天文學經典著作《星經》和以詩歌形式寫成的通俗天文學著作《步天歌》,并就如何確定天空中恒星的位置問題進行討論,其中涉及三垣二十八宿星象體系。
同年,朱熹在《答蔡伯靜》中寫道:“天經之說,今日所論乃中其病,然亦未盡。彼論之失,正坐以天形為可低昂反復耳。不知天形一定,其間隨人所望固有少不同處,而其南北高下自有定位,政使人能入于彈圓之下以望之,南極雖高,而北極之在北方,只有更高于南極,決不至反入地下而移過南方也。但入彈圓下者自不看見耳。蓋圖雖古所創,然終不似天體,孰若一大圓象,鉆穴為星,而虛其當隱之規,以為甕口,乃設短軸于北極之外,以綴而運之,又設短軸于南極之北,以承甕口,遂自甕口設四柱,小梯以入其中,而于梯末架空北入,以為地平,使可仰窺而不失渾體耶?”[ ]在這里,朱熹設想了一種可進入其中觀看天象的龐大的渾天儀。
淳熙十四年(1187年,朱熹57歲),朱熹在《答廖子晦》中寫道:“日之南北雖不同,然皆隨黃道而行耳。月道雖不同,然亦常隨黃道而出其旁耳。其合朔時,日月同在一度;其望日,則日月極遠而相對;其上下弦,則日月近一而遠三。如日在午,則月或在卯,或在酉之類是也。故合朔之時,日月之東西雖同在一度,而月道之南北或差遠,于日則不蝕?;蚰媳彪m亦相近,而日在內,月在外,則不蝕。此正如一人秉燭,一人執扇,相交而過。一人自內觀之,其兩人相去差遠,則雖扇在內,燭在外,而扇不能掩燭?;虮鼱T者在內,而執扇在外,則雖近而扇亦不能掩燭。以此推之,大略可見。”[ ]在這里,朱熹對月亮盈虧變化的原因作了探討。
淳熙十六年(1189年,朱熹59歲),朱熹在《答蔡季通》中寫道:“極星出地之度,趙君云福州只廿四度,不知何故自福州至此已差四度,而自此至岳臺,卻只差八度也。子半之說尤可疑,豈非天旋地轉,閩浙卻是天地之中也耶?”[ ]在這里,朱熹試圖通過比較各地北極星的高度及其與地中岳臺的關系,以證明大地的運動。
朱熹在一生中最后的十年里,在天文學研究上下了較多的功夫,并取得了重要的科學成就。南宋黎靖德所編《朱子語類》卷一“理氣上?太極天地上”和卷二“理氣下?天地下”編入大量朱熹有關天文學的言論,其中大都是這一時期朱熹門人所記錄的。例如:《朱子語類》卷二朱熹門人陳淳“庚戌(1190年,朱熹60歲)、己未(1199年,朱熹69歲)所聞”:“天日月星皆是左旋,只有遲速。天行較急,一日一夜繞地一周三百六十五度四分度之一,而又進過一度。日行稍遲,一日一夜繞地恰一周,而於天為退一度。至一年,方與天相值在恰好處,是謂一年一周天。月行又遲,一日一夜繞地不能匝,而於天常退十三度十九分度之七。至二十九日半強,恰與天相值在恰好處,是謂一月一周天。月只是受日光。月質常圓,不曾缺,如圓球,只有一面受日光。望日日在酉,月在卯,正相對,受光為盛。天積氣,上面勁,只中間空,為日月來往。地在天中,不甚大,四邊空。……”[ ]
《朱子語類》的其它卷中也有此類記錄。例如:《朱子語類》卷二十三黃義剛“癸丑(1193年,朱熹63歲)以后所聞”:安卿問北辰。曰:“北辰是那中間無星處,這些子不動,是天之樞紐。北辰無星……?!绷x剛問:“極星動不動?”曰:“極星也動。只是它近那辰后,雖動而不覺?!袢艘怨苋ジQ那極星,見其動來動去,只在管里面,不動出去。向來人說北極便是北辰,皆只說北極不動。至本朝人方去推得是北極只是北辰頭邊,而極星依舊動。又一說,那空無星處皆謂之辰……?!庇衷?“天轉,也非東而西,也非循環磨轉,卻是側轉?!绷x剛言:“樓上渾儀可見?!痹?“是。”……又曰:“南極在地下中處,南北極相對。天雖轉,極卻在中不動。”[ ]
《朱文公文集》卷七十二朱熹所著《北辰辨》(大約寫成于1196年,朱熹66歲)以及卷六十五朱熹所注《尚書》之《堯典》、《舜典》(大約寫成于1198年,朱熹68歲)都包含有豐富的天文學觀點?!侗背奖妗肥侵祆鋵iT討論天球北極星座的論文;在所注的《堯典》中,朱熹討論了當時天文學的歲差、置閏法等概念;在所注《舜典》中討論了早期的渾天說、渾天儀的結構,并詳細記錄了當時的渾天儀結構。
這一時期朱熹所編《楚辭集注》(成書于1195年,朱熹65歲)之《天問》中也有一些注釋反映了他在天文學方面的研究和造詣。
二. 天文學的成就
就朱熹研究天文學的方法而言,其最根本的研究方法是[ ]:
其一,細心觀察各種天文現象。朱熹是重視親身觀察、善于觀察的人。他經常運用儀器觀察天文現象;并運用觀察所得驗證、反駁或提出各種見解。
其二,用“氣”、“陰陽”等抽象概念解釋天文現象。朱熹所采用的這一方法與中國古代科學家普遍采用的研究方法是一致的。
其三,運用推類獲取新知。朱熹經常運用“以類而推”的方法,用已知的東西、直觀的東西,對天文現象進行類推解釋。
其四,闡發前人的天文學研究成果。朱熹研讀過包括沈括《夢溪筆談》在內的大量科學論著,對前人的天文學觀點均予以評述,并提出自己的看法。
從現代科學的角度看,朱熹的天文學研究方法,固然有其不足之處,這主要是由于古代科學所處的階段而導致的。在古代科學的范疇中,朱熹的天文學研究方法應當屬于合理。更為重要的是,朱熹運用這些方法在天文學上取得了重要的成就。
朱熹在天文學方面的科學成就主要反映在他最后十年里有關的言論中。概括起來主要有三個方面:
第一,提出了以“氣”為起點的宇宙演化學說。朱熹曾經說:“天地初間只是陰陽之氣。這一個氣運行,磨來磨去,磨得急了便拶許多渣滓;里面無處出,便結成個地在中央。氣之清者便為天,為日月,為星辰,只在外,常周環運轉。地便只在中央不動。不是在下?!盵 ]這里描繪了一幅宇宙演化途徑的圖景。
在朱熹看來,宇宙的初始是由陰陽之氣構成的氣團。陰陽之氣的氣團作旋轉運動;由于內部相互磨擦發生分化;其中“清剛者為天,重濁者為地”[ ],重濁之氣聚合為“渣滓”,為地,清剛之氣則在地的周圍形成天和日月星辰。朱熹還明確說:“天地始初混沌未分時,想只有水火二者。水之滓腳便成地。今登高而望,群山皆為波浪之狀,便是水泛如此。只不知因什么時凝了。初間極軟,后來方凝得硬?!畼O濁便成地,火之極輕便成風霆雷電日星之屬?!盵 ]他根據直觀的經驗推斷認為,大地是在水的作用下通過沉積而形成的,日月星辰是由火而形成的。
將宇宙的初始看作是運動的氣,這一思想與近代天文學關于太陽系起源的星云說有某些相似之處。1755年,德國哲學家康德提出了太陽系起源的星云說;1796年,法國天文學家拉普拉斯也獨立地提出星云說。星云說認為,太陽系內的所有天體都是由同一團原始星云形成的。然而,在他們500多年之前,朱熹就提出了類似之說;盡管尚缺乏科學依據和定量的推算,但其通過思辯而獲得的結果則是超前的。
對此,英國科學史家梅森在其《自然科學史》一書中予以記述:“宋朝最出名的新儒家是朱熹。他認為,在太初,宇宙只是在運動中的一團渾沌的物質。這種運動是漩渦的運動,而由于這種運動,重濁物質與清剛物質就分離開來,重濁者趨向宇宙大旋渦的中心而成為地,清剛者則居于上而成為天?!盵 ]
第二,提出了地以“氣”懸空于宇宙之中的宇宙結構學說。朱熹贊同早期的渾天說,但作了重大的修改和發展。早期的渾天說認為:“天如雞子,地如雞中黃,孤居于天內,天大而地小。天表里有水,天地各乘氣而立,載水而行”[ ]但是,當天半繞地下時,日月星辰如何從水中通過?這是困擾古代天文學家的一大難題。朱熹不贊同地載水而浮的說法,他說:“天以氣而依地之形,地以形而附天之氣。天包乎地,地特天中之一物爾。天以氣而運乎外,故地搉在中間,隤然不動?!盵 ]這就是說,地以“氣”懸空在宇宙之中。
至于地如何以“氣”懸空在宇宙中央,朱熹說:“天運不息,晝夜輾轉,故地搉在中間。使天有一息之停,則地須陷下。惟天運轉之急,故凝結得許多渣滓在中間?!盵 ]又說:“地則氣之渣滓,聚成形質者;但以其束于勁風旋轉之中,故得以兀然浮空,甚久而不墜耳。”[ ]朱熹認為,宇宙中“氣”的旋轉使得地能夠懸空于宇宙中央。朱熹的解釋克服了以往天文學家關于宇宙結構學說的弱點,把傳統的渾天說發展到了一個新水平。[ ]
關于地之外的天,朱熹說:“天之形,……亦無形質?!祗w,而實非有體也?!盵 ]“天無體,只二十八宿便是天體。”[ ]又說:“星不是貼天。天是陰陽之氣在上面”;“天積氣,上面勁,只中間空,為日月來往。地在天中,不甚大,四邊空,”[ ]這顯然是吸取了傳統宣夜說所謂“天了無質,……日月眾星,自然浮生虛空之中,其行無止,皆須氣也”[ ]的思想。
第三,提出了天有九重和天體運行軌道的思想。朱熹認為,屈原《天問》的“圜則九重”就是指“九天”,指天有九重。事實上,在朱熹之前,關于“九天”的說法可見《呂氏春秋?有始覽》:中央曰鈞天,東方曰蒼天,東北曰變天,北方曰玄天,西北曰幽天,西方曰顥天,西南曰朱天,南方曰炎天,東南曰陽天;后來的《淮南子?天文訓》等也有類似的說法;直到北宋末年洪興祖撰《楚辭補注》,其中《天文章句》對“九天”的解釋是:東方皞天,東南方陽天,南方赤天,西南方朱天,西方成天,西北方幽天,北方玄天,東北方變天,中央鈞天。顯然,這些解釋都不包括天有九重的思想。
朱熹則明確地提出天有九重的觀點,并且還說“自地之外,氣之旋轉,益遠益大,益清益剛,究陽之數,而至于九,則極清極剛,而無復有涯矣”[ ];同時,朱熹贊同張載所謂“日月五星順天左旋”的說法。他進一步解釋說:“蓋天行甚健,一日一夜周三百六十五度四分度之一,又進過一度。日行速,健次于天,一日一夜周三百六十五度四分度之一,正恰好。比天進一度,則日為退一度。二日天進二度,則日為退二度。積至三百六十五日四分日之一,則天所進過之度,又恰周得本數;而日所退之度,亦恰退盡本數,遂與天會而成一年。月行遲,一日一夜三百六十五度四分度之一行不盡,比天為退了十三度有奇。進數為順天而左,退數為逆天而右。”[ ]《朱子語類》卷二朱熹的門人在闡釋所謂“天左旋,日月亦左旋”時說:“此亦易見。如以一大輪在外,一小輪載日月在內,大輪轉急,小輪轉慢。雖都是左轉,只有急有慢,便覺日月似右轉了。”朱熹贊同此說。[ ]
對此,英國著名科學史家李約瑟說:“這位哲學家曾談到‘大輪’和‘小輪’,也就是日、月的小‘軌道’以及行星和恒星的大‘軌道’。特別有趣的是,他已經認識到,‘逆行’不過是由于天體相對速度不同而產生的一種視現象。”[ ]因此李約瑟認為,不能匆忙假定中國天文學家從未理解行星的運動軌道。
在天文學研究中,朱熹除了提出以上新見外,還對沈括有關天文學的觀點做過詳細的闡述。例如:沈括曾說:“月本無光,猶銀丸,日耀之乃光耳。光之初生,日在其傍,故光側,而所見才如鉤;日漸遠,則斜照,而光稍滿。如一彈丸,以粉涂其半,側視之,則粉處如鉤;對視之,則正圓?!盵 ]朱熹贊同此說,并接著說:“以此觀之則知月光常滿,但自人所立處視之,有偏有正,故見其光有盈有虧?!盵 ]他還說:“月體常圓無闕,但常受日光為明。初三、四是日在下照,月在西邊明,人在這邊望,只見在弦光。十五、六則日在地下,其光由地四邊而射出,月被其光而明?!?古今人皆言有闕,惟沈存中云無闕?!盵 ]
三. 對后世的影響
中國古代的天文學大致包括宇宙結構理論和歷法兩大主要部分,尤以歷法最為突出。宇宙結構理論自漢代形成蓋天說、渾天說和宣夜說之后,也經歷了不斷的發展,主要表現為占主導地位的渾天說不斷吸取各家學說之長而逐步得到完善。
朱熹的天文學研究側重于對宇宙結構理論的研究。他通過自己的天文觀測和科學研究,以渾天說為主干,吸取了蓋天說和宣夜說的某些觀點,提出了較以往更加完善的宇宙結構理論,把古代的渾天說推到一個新的階段,這應當是朱熹對于古代天文學發展的一大貢獻。
但是,由于朱熹的天文學研究只是專注于宇宙的結構,對于當時在天文觀測和歷法方面的研究進展關注不夠,在這些方面的研究稍顯不足。因此,他的宇宙結構理論在某些具體的細節方面,尤其是定量方面,尚有一些不足之處,有些見解和解釋是欠妥當的。
然而,他畢竟對宇宙結構等天文學問題作了純科學意義上的研究,代表了宋代以至后來相當長一段時期中國古代天文學在宇宙結構理論研究方面的水平。而且,朱熹的宇宙結構理論在后來直至清代一直受到了不少學者的重視和引述。
朱熹之后宋末的重要學者王應麟(1223~1296年,字伯厚,號深寧居士)撰《六經天文編》六卷,記述了儒家經典中大量有關天文學方面的重要論述,《四庫全書?六經天文編》“提要”說:“是編裒六經之言天文者,以易、書、詩所載為上卷,周禮、禮記、春秋所載為下卷?!痹撝饕灿浭隽酥祆涞脑S多有關天文學方面的論述。
元代之后科舉考試以“四書五經”為官定教科書。其中《尚書》以蔡沈的《書集傳》為主。蔡沈(1167~1230年,字仲默,號九峰)曾隨其父蔡元定從學于朱熹。他的《書集傳》是承朱熹之命而作,其中包含了朱熹所注《尚書》之《堯典》、《舜典》等內容,涉及不少有關天文學方面的論述。另有元代學者史伯璿(生卒不詳)著《管窺外篇》;《四庫全書?管窺外篇》“提要”說:該書中“于天文、歷學、地理、田制言之頗詳,多能有所闡發?!痹谡摷疤煳膶W時,該書對朱熹的言論多有引述,并認為“天以極健至勁之氣運乎外,而束水與地于其中”。這與朱熹的宇宙結構理論是一致的。
明初的胡廣等纂修《性理大全》,其中輯錄了大量朱熹有關天文學的論述。明末清初的天文學家游藝(生卒不詳,字子六,號岱峰)融中西天文學于一體,撰天文學著作《天經或問》,后被收入《四庫全書》,并流傳于日本。該書在回答地球何以“能浮空而不墜”時說:“天虛晝夜運旋于外,地實確然不動于中……天裹著地,運旋之氣升降不息,四面緊塞不容展側,地不得不凝于中以自守也。”這里吸取了朱熹關于氣的旋轉支撐地球懸于空中的宇宙結構理論;在解釋地震的原因時,該書又明確運用了朱熹的這一觀點,說:“地本氣之渣滓聚成形質者,束于元氣旋轉之中,故兀然浮空而不墜為極重亙中心以鎮定也?!痹谡摷叭赵挛逍堑倪\行方向和速度時,該書說道:“日月之行,宋儒言之甚詳”,并且還直接引述朱熹關于五星運行方向和速度的觀點予以說明。
清代著名學者李光地(1642~1718年,字晉卿,號榕村)曾奉命主編《朱子大全》,其中“卷四十九理氣一”有“總論、太極、天地、陰陽、時令”,“卷五十理氣二”有“天文、天度、地理、雷電、風雨雪雹霜露”,收錄了朱熹有關天文學的不少論述。李光地所著的《歷象本要》引述了朱熹所謂“地在中央不動,不是在下”,“天包乎地”以及“天有九重”等,用以說明朱熹的天文學思想中包含了西方天文學有關宇宙結構的知識[ ]。他在所撰的《理氣》篇說:“朱子言天,天不宜以恒星為體,當立有定之度數記之。天乃動物,仍當于天外立一太虛不動之天以測之,此說即今西歷之宗動天也。其言九層之天。近人者最和暖故能生人物。遠得一層,運轉得較緊似一層。至第九層則緊不可言。與今西歷所云九層一 一吻合?!盵 ]他的《御定星歷考原》六卷,也引述了朱熹有關宇宙結構的言論,并且認為,朱熹所說的“天包乎地,地特天中之一物爾”就是指“天渾圓地亦渾圓”,而與西方天文學的宇宙結構理論相一致。
李光地與被譽為清初“歷算第一名家”的梅文鼎(1633~1721年,字定九,號勿庵)[ ]交往甚密,并且對當時的西方科學都持“西學中源”說。梅文鼎在所著《歷學疑問》中多處引用朱熹有關宇宙結構的言論。該書認為,朱熹已經具有西方天文學所謂“動天之外有靜天”、“天有重數”和“以輪載日月”的觀點,并且說:“朱子以輪載日月之喻,兼可施諸黃、赤,與西說之言層次者實相通貫?!盵 ]
除此之外,清代還有黃鼎(生卒不詳)的《天文大成管窺輯要》八十卷,其中也包括朱熹有關天文學的不少論述。
朱熹是古代的大哲學家,代表了中國古代哲學發展的一座高峰。也許正是這個原因,他在天文學上所取得的成就一直沒有能引起人們足夠的注意。但是,這并不能否認他在天文學上確實做出過卓越的貢獻,他的宇宙結構理論對后世產生過重大的影響。
注釋:
[ ] 李約瑟:《中國科學技術史》第四卷《天學》,北京:科學出版社1975年版,第2頁。
[ ] 〔宋〕黎靖德編:《朱子語類》,北京:中華書局1986年版,卷第九十四。
[ ] 《朱子語類》,卷第一百四。
[ ] 陳來:《朱子書信編年考證》,上海人民出版社1989年版。
[ ] 《答林擇之》,《晦庵先生朱文公文集》(四部叢刊初編),以下簡稱《文集》,卷四十三。
[ ] 《答蔡季通》,《文集》續集卷二。
[ ] 《答呂子約》,《文集》卷四十七。
[ ] 胡道靜:《朱子對沈括科學學說的鉆研與發展》,《朱熹與中國文化》,學林出版社1989年版。
[ ] 《答蔡季通》,《文集》卷四十四。
[ ] 《答蔡伯靜》,《文集》續集卷三。
[ ] 《答廖子晦》,《文集》卷四十五。
[ ] 《答蔡季通》,《文集》續集卷二。
[ ] 《朱子語類》,卷第二。
[ ] 《朱子語類》,卷第二十三。
[ ] 樂愛國、高令印《朱熹格物致知論的科學精神及其歷史作用》,《廈門大學學報》,1997年第1期。
[ ] 《朱子語類》,卷第一。
[ ] 《朱子語類》,卷第一。
[ ] 《朱子語類》,卷第一。
[ ] 梅森:《自然科學史》,上海譯文出版社1980年版,第75頁。
[ ] 《晉書?天文志上》。
[ ] 《朱子語類》,卷第一。
[ ] 《朱子語類》,卷第一。
[ ] 朱熹:《楚辭集注》,上海古籍出版社1979年版,第51頁。
[ ] 杜石然等:《中國科學技術史稿》(下),科學出版社1982年版,第106頁。
[ ] 朱熹:《楚辭集注》,第51頁。
[ ] 《朱子語類》,卷第二。
[ ] 《朱子語類》,卷第二。
[ ] 《晉書?天文志上》。
[ ] 朱熹:《楚辭集注》,第51頁。
[ ] 《朱子語類》,卷第二。
[ ] 《朱子語類》,卷第二。
[ ] 李約瑟:《中國科學技術史》第4卷,科學出版社1975年版,第547頁。
[ ] 沈括:《夢溪筆談》卷七《象數一》。
[ ] 朱熹:《楚辭集注》,第53頁。
[ ] 《朱子語類》,卷第二。
[ ] 樂愛國:《李光地的中西科技觀述評》,載《李光地研究》,廈門大學出版社1993年版。
安卿問北辰。曰:“北辰是那中間無星處,這些子不動,是天之樞紐。北辰無星……”義剛問:“極星動不動?”曰:“極星也動。只是它近那辰后,雖動而不覺。……今人以管去窺那極星,見其動來動去,只在管里面,不動出去。向來人說北極便是北辰,皆只說北極不動。至本朝人方去推得是北極只是北辰頭邊,而極星依舊動。又一說,那空無星處皆謂之辰……”又曰:“天轉,也非東而西,也非循環磨轉,卻是側轉?!绷x剛言:“樓上渾儀可見?!痹?“是?!薄衷?“南極在地下中處,南北極相對。天雖轉,極卻在中不動?!盵iii]
黃義剛所說“樓上渾儀可見”,當是指朱熹家的樓上有渾儀。
朱熹很小就開始對天文感興趣,據朱熹門人黃義剛“癸丑(1193年,朱熹63歲)以后所聞”和林蘷孫“丁巳(1197年,朱熹67歲)以后所聞”,朱熹曾回憶說:“某自五、六歲,便煩惱道:‘天地四邊之外,是什么物事?’見人說四方無邊,某思量也須有個盡處。如這壁相似,壁后也須有什么物事。其時思量得幾乎成病。到而今也未知那壁后是何物?”[iv]據《朱文公文集》以及當今學者陳來先生所著《朱子書信編年考證》[v]朱熹在乾道七年(1171年,朱熹41歲)的《答蔡季通》中寫道:
歷法恐亦只可略說大概規模,蓋欲其詳,即須仰觀俯察乃可驗。今無其器,殆亦難盡究也。[vi]
可見,這時朱熹家中尚無渾儀。然而,朱熹在淳熙十六年(1189年,朱熹59歲)的《答蔡季通》中則寫道:
極星出地之度,趙君云福州只廿四度,不知何故自福州至此已差四度,而自此至岳臺,卻只差八度也。子半之說尤可疑,豈非天旋地轉,閩浙卻是天地之中也耶?[[vii]]
顯然,朱熹在這時已用渾儀觀測過北極星的位置與地面所構成的夾角。當然,朱熹家開始有渾儀的確切時間尚待進一步考證。而且,朱熹家的渾儀,是怎么來的,是自制的,或是他人送的,目前也尚無可靠資料可據。
至于朱熹家的渾儀的結構,還是有一些資料。慶元四年(1198年,朱熹68歲),朱熹注釋《尚書》的《堯典》與《舜典》。在所注的《舜典》中,朱熹對當時的渾儀結構作了詳細的記錄:
(渾儀)為儀三重,其在外者曰六合儀。平置單環,上刻十二辰八十四偶在地之位以準地,而面定四方。側立黑雙環,具刻去極度數,以中分天脊,直跨地平,使其半出地上,半入地下,而結于其子午,以為天經。斜倚赤單環,具刻赤道度數,以平分天腹,橫繞天經,亦使半出地上,半入地下,而結于其卯酉,以為天緯。二環表里相結不動。其天經之環,則南北二極皆為圓軸,虛中而內向,以挈三辰四游之環。以其上下四方于是可考,故曰六合。次其內曰三辰儀,側立黑雙環,亦刻去極度數,外貫天經之軸,內挈黃、赤二道。其赤道則為赤單環,外依天緯,亦刻宿度,而結于黑雙環之卯酉。其黃道則為黃雙環,亦刻宿度,而又斜倚于赤道之腹,以交結于卯酉。而半入其內,以為春分后之日軌,半出其外,以為秋分后之日軌。又為白單環以承其交,使不傾墊。下設機輪,以水激之,使其日夜隨天東西運轉,以為象天行。以其日月星辰于是可考,故曰三辰。其最在內者曰四游儀,亦為黑雙環,如三辰儀之制,以貫天經之軸。其環之內則兩面當中各施直距,外跬指兩軸,而當其要中之內,又為小窾,以受玉衡要中之小軸,使衡既得隨環東西運轉,又可隨處南北低昂,以待占候者之仰窺焉。以其東西南北無不周徧,故曰四游。此其法之大略也。[viii]
雖然朱熹并沒有明確指出這里所描述的渾儀就是他家的渾儀,但是,朱熹在描述渾儀的結構時肯定參照了他自己家中的渾儀,這應當是沒有問題的。需要一提的是,后來朱熹的弟子蔡沈作《書集傳》,收入了以上朱熹對于渾儀結構的描述,而《書集傳》是宋代以后科舉考試的重要教科書之一。